중국의 슈퍼 가속기 계획

       

중국의 슈퍼 가속기 계획  물질과 에너지 / 과학  2014/07/27 09:00 http://blog.naver.com/hansyoo/220071310268 전용뷰어 보기 중국의 슈퍼 가속기 계획 두 기의 입자 가속기 제안서에는 중국이 세계의 가속기 센터가 되려는 목표가 보인다. Jul 23, 2014 |By Elizabeth Gibney and Nature magazine LHC(거대강입자충돌기) 터널 3-4 섹터 Credit: Maximilien Brice (CERN) via Wikimedia Commons      수십 년 동안 고에너지 입자 충돌기(가속기)에 관한한 미국과 유럽이 주도해 왔다. 그러나 조용한 가운데 모멘텀을 모으고 있는 중국의 한 제안서는 조만간 중국이 입자 물리학의 선두에 설 가능성을 제기하고 있다. 북경의 IHEP(Institute of High Energy Physics, 고에너지물리학연구소) 과학자들은 국제적인 과학자들의 협조 하에 2028년까지 ‘힉스 팩토리(Higgs factory)’를 건설할 계획 중이다. 52킬로미터에 달하는 고리형 지하 터널에서 전자와 양전자를 충돌시킬 예정이며, 이들 기초 입자들의 충돌로 인하여 (‘힉스 팩토리’에 비하면 상대적으로 매우 작은) CERN의 LHC에 비하면 힉스 보존을 훨씬 정밀하게 연구할 수 있다. CERN은 스위스 제네바 근교의 유럽 입자 물리학 연구소이다.    물리학자들은 30억 달러에 제안된 장비가 기술적으로 가능하며 개발 범위나 비용에 있어서 보수적인 예상이라고 말한다. 그러나 중국은 이 제안이 차세대 가속기(충돌기)를 향한 발판이 될 수 있기를 또한 희망한다. 차세대 가속기란 같은 터널 안에 건설될 슈퍼 양성자-양성자 충돌기를 말한다.    유럽과 미국 연구팀도 자체 슈퍼 가속기 건설에 관심을 보였다. 그러나 엄청난 연구가 필요하며 따라서 일러야 2035년 정도를 목표로 하고 있다. 중국은 그동안 전자-양전자 충돌기를 국제적 자금 지원 없이 자체적으로 건설하려고 하는데, 곧이어 기술적으로 가능한 한 가장 빠른 시일 내에 슈퍼 양성자 충돌기를 건설하려고 한다. 그러나 슈퍼 가속기는 어느 나라든 하나만 건설될 가능성이 높기 때문에, 전자-양전자 충돌기 건설을 통해 얻은 중국의 모멘텀이 가장 유력할 것으로 보인다.    이달에 스페인 발렌시아에서 개최된 고에너지 물리학 국제 컨퍼런스에서 IHEP 이사 이팡 왕(Yifang Wang)은 정부의 지원을 확보하기 위하여 중국은 2035년으로 예정된 슈퍼 가속기보다 앞서는 목표를 향해 연구 중이라고 말했다. 20년이나 걸릴 프로젝트에 대해 논의만 계속할 수는 없다고 그는 말했다.    전자-양전자 충돌기와 LHC 등의 강입자 충돌기는 서로를 보완한다. 강입자 충돌기는 대형 해머에 해당한다. 고에너지로 양성자(쿼크 세 개로 구성된 강입자)를 박살내어 무엇이 나오는가를 살핀다. 그보다 에너지가 낮은 전자-양전자 충돌기는 분석하기가 보다 쉬운 깨끗한 충돌을 발생시킨다. 전자와 양전자 모두 이미 기초 입자들이 분해된 것이기 때문이다. 힉스 보존과 입자들의 상호작용을 상세하게 검토할 수 있도록 제안되고 있는 중국의 충돌기는, 예를 들어 힉스가 단지 하나의 입자인지 아니면 그보다는 특이한 입자인지를 알아낼 수 있다. 이로써 물리학자들은 힉스 보존이 표준모델에서 예측된 입자와 들어맞는가를 규명하는데 도움을 줄 것이다. 복수의 힉스 보존이 존재할 수도 있는 것이다.      중국으로서는 큰 도약이 된다. 현재 중국에서 가장 큰 충돌기는 원주 길이가 240미터밖에 안 된다. 영국 옥스퍼드 대학 실험 물리학자 이안 쉽세이(Ian Shipsey)에 따르면, 10년 전만 해도 중국 입자 물리학자들은 그들이 52킬로미터에 달하는 장비를 주관할 능력이 있는지 의심했다고 한다. 그러나 2012년 뉴트리노의 형태 변환을 밝혀낸 실험을 포함하여 여러 번 충돌기와 뉴트리노 실험에 성공한 뒤로, 중국은 이제 처음으로 야심찬 새로운 장비를 제안할 자신감을 얻었다고 쉽세이는 말한다.    중국 정부는 아직 자금 지원에 동의한 것은 아니지만, 그러나 중국이 점차 경제적인 자신감을 갖게 됨에 따라 중국의 과학자들은 정치적인 분위기가 성숙했다고 생각한다.    그러나 입자 물리학자이자 CERN에서 중요한 실험을 주관했던 기도 토넬리(Guido Tonelli)에 따르면, 중국의 주된 약점은 고에너지 물리학자 커뮤니티가 작다는 것이라고 한다. 따라서 슈퍼 충돌기를 주관하려면 국제적인 프로젝트가 되어야 한다고 한다. 어느 나라도 이 작업을 스스로 할 수는 없을 것이라고 한다.    이팡 왕(Yifang Wang)은 국제적인 자금 지원을 환영한다면서, 만일 많은 지원이 있다면 지하 터널 고리 크기를 54킬로미터에서 80킬로미터까지 확장할 수 있을 것이라고 말한다. 그러나 자체적으로 추진하되 향후 2년 동안 설계를 진행하면서 해결해야 하는 기술적인 과제들을 살펴볼 것이라고 한다. 세부 설계와 예산, 그리고 위치 선정 등이 뒤따를 것이며, 5년 이내에 건설에 착수할 것이라고 한다.    그러나 실질적으로 슈퍼 충돌기는 단 하나만 건설될 것이기 때문에, 가장 빨리 건설될 수 있는 가장 좋은 장소에 슈퍼 충돌기가 건설되도록 해야 할 것이라고 쉡세이는 말한다. 앞으로 5년 동안 중국의 계획은 중국과 미국, 그리고 유럽 간에 건설적인 경쟁을 일으킬 것이며 이를 통해서 단 하나의 슈퍼 충돌기가 나올 가능성이 높다. ILC(International Linear Collider, 국제 선형 충돌기) 계획도 진행 중이다. 전자-양전자 선형 가속기로 중국이 제안한 52킬로미터 전자-양전자 고리보다 훨씬 높은 에너지로 작동한다. 물리학자들은 이 프로젝트를 강력하게 지지하지만, 그러나 자금 문제나 주관 국가가 나서지 않고 있다고 한다. ILC 프로젝트가 중국의 계획 때문에 지원이 약화될 가능성도 있다. 일본은 ILC를 주관하는데 강한 관심을 보여 왔지만, 그러나 중국이 일본의 목을 조를 수 있다. ILC는 고리형 충돌기보다 폭넓은 에너지 범위에서 작동하기 때문에 선형 가속기는 힉스 연구 이상을 해낼 수 있다. 톱 쿼크나 LHC에서 발견할 수 있는 다른 현상들을 연구할 수 있다. [출처] 중국의 슈퍼 가속기 계획|작성자 HANS

- 네이버 블로그 <Physics of Dream>  hansyoo 님의 글 중에서 전재..