힉스 발견에 대해 설명하기 (CERN 영상 참고) Ep. 1/3

힉스 발견에 대해 설명하기 (CERN 영상 참고) Ep. 1/3

 

ATLAS와 CMS에서 새로운 입자, 힉스 발견을 2012년에 발표했다.

(ATLAS, CMS:스위스에 위치한 LHC의 실험의 두 가지 검출기다.)

 

$$m_{higgs} = 125.3 \pm 0.6 \; GeV/c^2$$

$$표준 편차 = 4.9$$

 

ATLAS에서는 5\(\sigma \)수준까지 관찰했다.

 

• 힉스를 어떻게 발견할까?

힉스는 숲속을 다니던가하는 탐사를 통해 발견할 수 있지 않다.

왜냐하면, 힉스의 수명은 다음과 같다.

$$life-time \approx 10^{-22}seconds$$

순식간에 붕괴한다.

 

• 그럼 힉스를 어떻게 발생시킬까?

입자를 만들기 위한 재료는 에너지라고 볼 수 있다.

그리고 에너지는 여러 가지 형태로 존재할 수 있다.

운동에너지, 퍼텐셜에너지, 열에너지 그리고 질량이다.

예를 들면, 중력장에서 물체를 떨어뜨리면 중력퍼텐셜에너지가 운동에너지로 변환된다.

 

입자를 만들기 위해선 운동에너지와, 질량이 중요하다. 중력장에서 중력에너지가 운동에너지로 바뀌듯, 두 입자가 운동에너지를 가지고 충돌하면, 질량으로 변환된다.

$$E=mc^2=m_0c^2+Kinetic \; Energy$$

참고:

physical-world.tistory.com/51

상대론적 에너지, 정지에너지 관계식:\(E^2=(m_0c^2)^2+(pc)^2\)

 

이제, LHC에서 양성자 두 개를 충돌시킨다. (Large Hadron Collider)

두 양성자가 충돌하면, 어떤 일이 일어날까?

자세한 과정은 양자 역학에 따라 발생하며, 

 

어떤 것이 어떤 확률로 발생할 수 있는지 

알수 있다.

 

이떤 것이 발생할까?랑 다른 문제이다. 어떤 것이 발생할까?는 어떤것이 발생할지 미리 결정하는 것이고 양자역학은 미리 결정할 수 없기 때문이다.(indeterminancy:비결정주의)

 

• First step: 힉스 입자를 만들기.

 

충돌시키는 두 양성자의 에너지는 힉스 입자의 질량보다 100배가 넘는다.

그리고, 확률적으론 10억번 충돌시키면 1번 힉스 입자를 발생시킨다.

 

어느 세월에 찾나?

하지만,

매 초마다 40,000,000(4천만)번 충돌시키며, 30개의 양성자 쌍들이 서로 충돌시킨다. 

즉, 매 초마다 12억번, 거의 10억번 충돌을 일으킨다.

따라서, 매초마다 힉스입자를 발생시킬 수 있다.

이러한 원리로 힉스 입자를 발생시킨다.

 

 

이제 어떻게 힉스 입자를 관찰할까?

어떻게 발생시킬까?

에 대해 구체적으로 다음 글에서 알아본다.

Seond Step: Detect 

 

 

출처:www.youtube.com/watch?v=so2nCu2Jkbc