힉스 입자 이론

 

 

힉스 입자 vs. 힉스 메커니즘 

 

    도대체 힉스 입자가 뭐기에 이렇게 세상이 떠들썩한 걸까. 신문이나 방송을 보면 ‘힉스 입자가 다른 모든 입자들의 질량을 준다’고 하는데, 이 말은 또 무슨 뜻일까. 무엇보다 이 입자를 발견한다는 건 왜, 얼마나 중요한 걸까.

 

질량 주는 건 ‘힉스 입자’ 아닌 ‘힉스 메커니즘’

 

    먼저 중요한 오해를 하나 해결하고 넘어가자. 어쩌면 이 글에서 가장 중요한 지적이다. 언론에는 “힉스 입자가 다른 입자에 질량을 준다”는 말이 많이 나왔다. 심지어 입자물리학자들도 이렇게 말한다. 하지만 엄밀하게 말하면 틀린 말이다. 다른 입자들에게 질량을 주는 현상은 ‘힉스 메커니즘’이다. 이는 힉스 입자와는 분리해 사용해야 하는 용어다. 힉스라는 사람 이름(피터 힉스)이 공통으로 들어가 있기 때문에 혼동하고 있을 뿐이다. 차차 자세하게 얘기하겠지만 힉스는 모든 입자에 질량을 주는 과정(힉스 메커니즘)에서 함께 생겨나는 입자다.

    그러면 우선 힉스 메커니즘에 대해 알아보자. 지난 2세기 동안 원자, 원자핵, 전자, 핵반응 등 입자물리 연구결과를 빠짐없이 잘 설명하고 있는 ‘표준모형’이라는 이론이 있다. 이 모형은 글래쇼, 살람, 와인버그가 완성해 1979년 노벨상을 수상했다. 이 이론의 기본적인 틀은 ‘ 게이지 대칭성 ’이라는 성질이다.

    이 성질을 쉽게 설명하면 우주에 존재하는 힘이 사실은 입자를 주고받으며 생긴다는 것이다. 즉 전자기적인 상호작용(전자기력)은 광자라는 입자를 교환하며 발생하는 것이고, 약한 상호작용은 W입자와 Z입자를, 강한 상호작용은 글루온이라고 부르는 입자를 교환하며 생긴다. 여기서 광자, W입자, Z입자, 글루온이 다 게이지 입자 다. 힘이 입자라니 당혹스러울 수도 있겠지만 대부분의 입자물리학자들이 사실로 받아들이고 있다.

    그런데 문제가 있다. 게이지 대칭성이 있으면 전자나 쿼크, W입자, Z입자 등 모든 입자들이 질량을 가질 수 없다는 점이다. 하지만 실제로는 광자와 글루온을 제외하면 모든 입자가 질량을 가지고 있다. 도대체 어떻게 이런 모순을 해결할 수 있을까.

 

 

질량 메커니즘 1  자발적으로 깨지는 대칭성

    이 문제를 풀 실마리는 우리 주변에서 쉽게 볼 수 있는 자석 안에 있었다. 자석은 철, 니켈, 크롬과 같이 전이금속이라고 불리는 원소들로 이뤄져 있다. 자석을 이루는 원자의 가장 바깥쪽에는 전자가 한 개 있다. 자석 전체의 에너지가 가장 낮아지면 이 전자가 가지고 있는 스핀 이 모두 한 방향을 가리킨다. 이때가 바로 자석이 되는 순간이다.

    자석이 되기 전에는 전자의 스핀이 제각각 다른 곳을 가리키기 때문에 전체적으로는 일정한 방향이 없다. 그래서 이 물질을 회전시켜도 스핀의 방향은 여전히 일정한 방향이 없는 상태 그대로다. 그러나 자석은 스핀이 한 방향으로 정렬돼 있다. 만일 회전시키면 방향이 달라진다. 즉 대칭이 깨지는 것이다. 이렇게 에너지가 가장 낮을 때 대칭성이 사라지는 상황을 물리학자들은 “대칭성이 자발적으로 깨졌다”고 말한다(120쪽 그림 1).

앞에서 게이지 대칭성이 있으면 질량을 가질 수 없다고 말했다. 그런데 대칭성이 자발적으로 깨지면 표준모형에서도 입자가 질량을 가질 수 있게 된다. 현실과 이론 사이의 불일치를 해결할 가능성이 생긴 셈이다.

 

질량 메커니즘 2  다른 입자와 상호작용하는 입자

    하지만, 여전히 ‘어떻게’ 질량을 가질 수 있을지는 해결되지 않았다. 이제 입자가 질량을 가지는 과정을 살펴보자.

자신이 표준모형을 처음 만든 사람이라고 가정하고 새로운 모형을 만들어 본다고 생각해 보자. 우선 앞서 든 예에서 ‘자석의 스핀’ 역할을 하는 입자 네 개를 도입한다. 왜 하필 네 개냐 하면, 여러 상호작용을 가능하게 하면서 가장 적게 도입할 수 있는 입자 수기 때문이다.

다음으로 이 입자들이 다른 입자와도 상호작용을 할 수 있다고 해보자. 다른 이유는 없고, 그렇지 않다고 가정하는 게 오히려 특별하기 때문이다. 다시 말해 입자는 다른 입자와 상호작용을 하는 게 더 자연스럽다.

    이제 가장 낮은 에너지 상태에서 이 입자 중 하나가 자석의 스핀처럼 한 방향의 값을 갖도록 해보자. 비유를 계속해 보면, 이 입자는 자석과 같은 역할을 한다. 이 자석 입자에는 다른 입자들이 달라붙는데, 세게 달라붙는 입자일수록 질량이 크다. 자석에 작은 쇠구슬과 큰 쇠구슬을 붙인다면 큰 쇠구슬이 작은 쇠구슬보다 더 세게 달라붙어 떼어내기 힘들 것이다. 전자와 쿼크 등 물질세계를 이루는 입자 대부분은 이러한 과정에서(자석에 달라붙는 과정) 질량을 얻는다(자석은 어디까지나 비유임에 유의하자. 실제로 입자가 힉스입자에 달라붙는 것은 아니다).

질량 메커니즘 3  다른 방향으로 진동하는 입자

 

    마지막으로 힘을 매개하는 W입자와 Z입자가 질량을 갖는 과정을 살펴보자. 기타 줄을 세게 매고 튕겨 보자. 기타 줄의 주위로 진동이 생길 것이다. 입자물리학에서는 원래 매어두었던 기타줄의 길이 방향을 앞에서 예를 든 스핀의 방향으로, 그 주위의 진동을 입자로 생각한다.

    이렇게 한 방향(스핀)을 정하고도 계속 남은 네 개의 입자(기타 줄의 진동 포함) 중 세 개를 W+, W-입자와 Z입자로 흡수시킨다. 광자와 같이 질량이 없는 입자는 진행방향에 수직인 두 방향으로만 진동할 수 있다. 그런데 입자가 질량이 있으려면 편광방향(진동방향)이 한 개 더 있어야 한다. 새로 도입한 입자 중 세 입자를 다른 입자(질량을 갖기 전 W, Z 입자)에 흡수시키면 필요한 편광방향을 한 개씩 더 주는 효과가 있다. 이로써 W입자와 Z입자는 질량을 갖게 된다(위 그림 3).

정리하면, 새로운 입자 네 개를 도입한다. 이 중 한 입자는 낮은 에너지 상태에서 자발적으로 대칭성이 깨진 뒤 자석과 같이 하나의 스핀 방향을 향하게 하고, 이를 통해 전자나 쿼크에 질량을 준다. 나머지 세 입자는 W+, W-, Z 입자가 흡수한다. 이로써 자연계에 존재하는 모든 입자가 질량을 가질 수 있게 됐다. 이 복잡한 과정이 바로 힉스 메커니즘이다.

 

    지금까지 힉스 ‘입자’에 대한 설명은 하나도 없었다. 힉스 입자는 무엇일까. 앞에서 네 개의 입자를 새로 도입했다. 그 중 세 개는 W입자와 Z입자의 일부분이 됐고, 하나가 남았는데 이것은 어디에도 흡수시킬 수 없는 독립적인 입자다. 이것은 대칭성이 깨지며 쿼크와 경입자에 질량을 주는 자석을 만든 후에 그 주위로 진동하는 입자다. 이 입자가 바로 힉스 입자다. 따라서 “힉스 입자가 다른 모든 입자에 질량을 준다”는 것은 잘못된 표현이다. 다만 질량을 주는 과정에서 힉스 입자가 생겨나고 힉스 입자를 통해 질량의 세계를 엿볼 수 있는 것은 맞다.

 

 

[CMS 연구팀이 한 자리에 모여서 기념 찰영을 했다. 우리나라를 포함해 41개국 4065명의 과학자와 기술자가 연구에 참여했다.]

 

 

“이것이 힉스 입자다”

 

    힉스 입자는 스핀이 없는 ‘스칼라 입자’이며, 전하도 없다. 놀랍게도 입자 중에 스칼라 입자는 힉스 입자밖에 없다. 전자나 쿼크는 스핀이 1/2이고, 광자나 W입자, Z입자는 스핀이 1이다. 힉스 입자는 다른 모든 입자와 상호작용을 한다. 그런데 그 세기는 입자의 질량에 비례한다. 즉 질량이 큰 입자와 가장 상호작용을 세게 한다.

    하지만 힉스 입자의 질량은 얼마인지 예상하기 어렵다. 그래서 찾기 어려웠다. 이 질량이 양성자 정도인지, 양성자 질량의 1/100인지, 100배인지 1000배인지 전혀 알 길이 없었다. 술래잡기를 해도 숨은 사람이 어디 숨었는지 대략 짐작할 수 있어야 찾기 쉽다. 숨은 사람이 집에 갔다면 도저히 찾을 수 없다. 그래서 지금까지 힉스 입자를 찾기가 어려웠다.

 

    숨바꼭질을 할 때를 생각해 보자. 찾기 어려우면 발자국이나 주변 환경이 변한 모습 등 여러 흔적을 찾으려고 애쓴다. 물리학자들도 똑같다. 그래서 흔적, 즉 힉스 입자가 기여하는 물리적 과정을 찾았다.

    그 것은 B중간자(쿼크와 반쿼크로 이뤄진 입자. 전자 등 가벼운 입자와 양성자 등 무거운 입자 사이의 질량을 가짐)가 붕괴하는 과정이다. 이 과정은 다른 가속기들에서 자세하게 측정됐고, 복잡한 이론 계산과 비교할 수 있다. 힉스 입자가 있다면, 힉스 입자 자체가 직접 나타나지는 않아도 B중간자가 붕괴할 때 잠깐 나타났다가 사라지는 효과를 계산할 수는 있다. 이를 바탕으로 계산해 보면 질량이 양성자보다 약 100배 정도는 커야 한다.

 

    입자는 질량이 크면 여러 입자로 붕괴한다. 붕괴할 때 나타나는 입자가 여러 개면 분석하기 어렵다. 그래서 힉스 입자에서 붕괴했다고 확신할 수 있는 분명한 과정을 찾기 시작했다. 그 중 하나가 힉스 입자가 두 개의 광자로 붕괴하는 과정이다. 두 개의 광자를 측정하면, 이 광자들이 어느 질량을 가진 입자에서 붕괴했는지 알 수 있다. 물론 다른 과정에서 우연히 광자가 두 개 나타났을 수도 있다. 하지만 우연히 나타나는 것은 어느 에너지에서나 거의 일정하게 나타나지만, 한 입자에서 붕괴했을 때는 특정한 에너지에서 많이 나타난다. 그 신호를 이번에 찾은 것이다.

 

    그런데 두 개의 광자로 붕괴하는 과정은 매우 깨끗하지만, 이 과정에 참여하는 전자기적 상호작용은 매우 약하다. 따라서 이 신호는 매우 많은, 다른 상관없는 신호들에 묻혀버린다. 상관없는 신호들이 힉스 입자가 붕괴하는 신호보다 20~30배는 크다. 그래서 짚단 속에서 바늘 찾기와 같은 작업을 할 수밖에 없었다. 즉 매우 많은 실험결과가 필요했다. LHC는 드디어 꽤 많은 실험결과를 갖게 됐고, 이를 근거로 힉스 입자를 발견했다고 발표했다.

    그렇다면 이것이 정말 찾으려고 노력했던 힉스 입자일까. 혹시 모르고 있던 전혀 다른 입자가 숨어 있다가 나타난 것은 아닐까. 그 답을 알려면 이번에 발견한 입자의 다른 특징을 연구해야 한다. 그래서 7월에 발표할 때는 어디서도 힉스 입자를 발견했다는 말은 없고, 새로운 입자를 발견했다고만 했다. 실험물리학자들의 신중함을 존중하지만, 우리는 힉스 입자를 발견했다고 믿어도 되겠다.

 

그림 확대보기 ==> http://blog.naver.com/storyphoto/viewer.html?src=http%3A%2F%2Fscience.dongascience.com%2Fupload%2FarticleEditor%2F2012%2F07%2F85835545950165de1d7784.JPG

 

 

힉스 입자, 그 후

 

    그래서 세상에 변한 것이 무엇인가. 사람들이 살아가는데 바뀐 것이 무엇인가. 이것을 발견하면 부자가 될 수 있는가. 힉스 입자가 발견됐다고 하늘이 연두색이 되는 것도 아니고, 인류의 기근이 해결되는 것은 아니다.

    필자의 대답은 이렇다. 우리는 물리학을 통해 인류의 지적 능력의 한계가 어디인지 탐구한다. 힉스 입자를 발견하면서 지적 능력의 정수인 표준모형이 완성됐다. 이제 인류의 지적 능력은 우주가 어떻게 만들어지고, 그 안에 입자들은 어떻게 상호작용하여 별이 만들어지고, 인류가 생겨났다는 것을 설명할 수 있게 됐다. 마치 우사인 볼트 덕분에 인간이 100m를 10초 안에 뛸 수 있다는 육체적 능력의 끝을 볼 수 있었던 것처럼 말이다. 힉스 입자를 발견한 것은, 인간의 지적 능력의 산물인 표준모형의 눈동자에 점을 찍어준 것과 같다. 세상이 바뀌었는가. 그렇다. 우리가 세상을 보는 눈이 달라졌다.

글 : 최준곤 고려대 물리학과 교수 | 에디터, 인포그래픽 글 윤신영

출처 : 과학동아

 

 

 

 

힉스입자… 수학은 실세계 근원에 있을까?

편집부  |  2013-04-03

조나단 보윈(뉴캐슬대), 데이비드 베일리(캘리포니아대 데이비스 분교)

 

[SOH] 최근, 유럽입자물리연구소(CERN)의 연구원들은 지난 여름 발견된 입자가 정말로 힉스 입자라고 발표했다. 이 입자는 1964년 순수하게 수학적 추론에 의해 예측되었던 입자다.

지난해 7월 발표된 초기 측정값은 그것이 보존(스핀이 ‘0’ 이거나 정수인 입자)이며, 게다가 그것의 질량이 126GeV(기가전자볼트)정도 된다고 확인했다.

이 두 발견 모두 이 입자가 오랫동안 찾던 힉스 입자라는 것을 강하게 암시하는 것으로, 힉스 입자는 입자들에게 질량을 부여하는 것으로 생각되어 왔다.

힉스 보존의 최종 확인은 새로운 입자가 자연붕괴(자연스런 과정으로 변형)하여 W보존으로 된다는 증거가 발견되었을 때 이뤄졌다.

호주 멜버른대 레이몬드 볼카스 교수에 따르면, 발견된 입자가 힉스 보존이긴 하지만, 이것이 보존뿐만 아니라 보존과 함께 소립자를 이루는 다른 입자인 페르미온에게도 질량을 주는 입자인, 이름 그대로, 바로 그 힉스 보존인 것으로 완전히 확인되지는 않았다.

유럽입자물리연구소의 발견이 있은 직후, 아리조나 주립대 로렌스 크라우스는 지난해 그 발견에 대해, “텅빈 공간처럼 보이는 것 속에 숨겨진 것은…우리의 존재를 가능케 하는 원소, 바로 그것이다. 지난 주의 발견은 그것을 실증함으로써, 우리 자신에 대한 우리의 관점과 우주에서 우리의 위치를 변화시키게 될 것이다”라고 말했다.

힉스 보존 발견의 밑바탕에는 현대과학의 실로 엄청난 미스터리들 중 하나가 존재한다. 그것은 물리학자 유진 위그너의 말을 빌리자면, ‘왜 수학은 물리학에 터무니없이 효과적인가?’ 혹은 ‘수학은 실세계의 근원인가?’ 하는 것이다.

어떤 물리학자들은 한걸음 더 나아가 ‘실세계가 바로 수학이다!’ 라고 말한다.

뉴튼의 운동과 중력의 법칙에서부터 이후 300년 동안 수학은 과학에서 연구된 거의 모든 물리현상을 설명하는데 성공했다.

1800년대에는, 스코틀랜드의 물리학자 제임스 클러크 맥스웰은 빛이 전기자기적 파동(전자기파)임을 수학적으로 보였다. 그 다음 그가 이 파동의 속도를 계산했을 때 그는 당시 실험에서 측정됐던 빛의 속도(299,792 km/sec)에 매우 근사한 값을 얻었다.

그러한 계산은 결국 1905년 아인슈타인의 특수 상대성이론의 초석이 되었고, 1917년 아인슈타인은 일반 상대성이론이라는 야심찬 이론을 발표했다. 이 이론은 무거운 물체가 존재하면 시공간 연속체가 휜다는 것을 내포하는 것이다.

이후 수 십년간 물리학자들은 현재 빅뱅으로 알려진 시초의 특이점뿐만 아니라 블랙홀같은 그런 색다른 현상을 예측하는 데 이 이론을 적용하고 있다.

물리학자들은 양자역학의 수학적 틀로부터의 추론을 통해 입자들을 예측했고, 실험에서 자연은 이 입자들을 고분고분하게 생산해 주었다. 이러한 예들은 겨우 표면만 살짝 엿본 것이고 실제 입자 목록은 끝이 없다. 

그래서 어쩌면 힉스 보존이 그것에 대한 실험 계획이 있기도 전에 정확하게 그 특성을 가진 채로, 대형강입자가속기 관계자들에 의해 예측된 모양대로 만들어졌다는 것은 놀랄 일이 아닐 것이다. 사실, 물리학계에서는 힉스입자가 너무나 ‘일반적인’ 것으로 판명되어 대형강입자가속기에서 새로운 물리학을 엿볼 수 없을 것이라는 깊은 두려움이 존재한다.  

힉스입자가 최종적인 입자인가? 그것은 전혀 아닐 것이다.
우리는 지금 어디에 있는가?
지난 세기의 많은 위대한 이론물리학자들에게, 수학적인 개념은 기본이었다. 우아하거나 아름답고, 단순하거나 간결하며, 대칭적이거나 동일한 개념들은 영감을 주면서도 결실이 있었다. 영국의 이론물리학자 폴 디렉은 “기본적인 물리법칙이 대단히 아름답고 강력한 수학이론 방식으로 묘사되는 것은 자연의 기본적 특징 중 하나인 것으로 보이며, 그것을 이해하려면 꽤 높은 수준의 수학이 필요하다”고 말했다.

많은 방면에서, 그러한 생각은 여전히 유효하다. 현재 입자물리학의 예측은 과대광고된 힉스입자의 발견에 의해 대단히 인정받고 있다. 그러나 물리학의 많은 풀리지 않은 문제를 풀려면 (기술적으로가 아니라면 철학적으로) 수학에 대해 상당히 무심해질 필요가 있을지도 모른다.

덧붙여, 우리 인간들이 찾을 수 있는 것은 물론이고, 모든 큰 문제들은 해답이 있다는 믿음을 정당화할 과학적 이유는 없다. 현재 입자물리학의 예측은, 불행히도 ‘신의 입자’라고 불리는 힉스입자의 발견에 의해 대단히 인정받고 있다.

거짓이지만 높이 평가된 로마과학에 기초하였음에도 불구하고, 고전적인 천동설의 프톨레마이오스 주전원(周轉圓 프톨레마이오스가 천구상에서 행성들의 역행과 순행을 설명하기 위해 만든 행성의 운동궤도)이, 천체의 위치를 얼마나 잘 예측할 수 있었는가 하는 것은 기억해볼 만한 가치가 있다. [The conversation]

 

 

 

 

힉스입자 확인됨 ㅡ 다음은 암흑물질 찾기

                                             롤 호이어 / 유럽입자물리연구소 소장

 

 

롤프 호이어 유럽입자물리연구소(CERN) 소장은 “한국과 CERN은 연구 인력 교류가 활발하다”며 “기술 운영에도 참여할 수 있기를 기대한다”고 말했다. 대전=김선희 동아사이언스 기자 sunnykim@donga.com

 

 

   “우리는 힉스 입자의 ‘그림자’를 본 게 아닙니다. 진짜(real) 입자를 봤습니다.”

24일 대전컨벤션센터에서 만난 롤프 호이어 유럽입자물리연구소(CERN) 소장은 힉스 입자를 정말 찾았느냐는 질문에 이렇게 답했다. 한국과의 연구 협력 방안을 논의하기 위해 고등과학원 초청으로 방한한 그는 이날 한국물리학회 봄 학술대회에서 기조강연을 하기도 했다.

    3월 CERN은 우주를 이루는 기본 입자가 질량을 갖는 과정에서 만들어지는 힉스 입자를 발견했다고 발표했다. 하지만 지난해 7월 “힉스 같은 입자를 관측했다(observe)”고 발표한 바 있어 논란이 됐다. 이에 대해 호이어 소장은 “지난해 7월이라면 데이터가 적어 그림자를 봤다고 표현해도 되겠지만 지금은 입자의 성질까지 충분히 조사된 만큼 힉스 입자라는 사실을 확인했다”고 강조했다.

호이어 소장은 “이번 발견으로 물리학이 완성됐다기보다는 시작된 것”이라며 “우리가 발견한 힉스가 유일한 힉스일지, 여러 힉스 중 하나일지는 앞으로 밝혀 내야 한다”고 말했다. 우리가 볼 수 있는 우주의 물질과 힘은 일부에 불과하다. 우주의 비밀을 쥐고 있는 미발견 입자가 많다는 이론도 있는데, 이들은 훨씬 더 큰 에너지를 이용해야만 관찰할 수 있다. 그중에는 우주 전체 물질의 5배에 달하면서도 전혀 관측되지 않고 있는 ‘암흑물질’도 있다.

    호이어 소장은 “힉스의 성질을 밝히는 과정을 통해 암흑물질에 대해 더 잘 알게 될 것”이라며 “이를 위해 CERN은 앞으로 20년 동안 실험 장비 성능을 높이는 계획을 세웠다”고 말했다.

    우리나라는 현재 ‘한-CERN 협력사업’에 따라 CERN에 부담금을 내고 연구원을 파견하고 있다. 호이어 소장은 “CERN 내부 인력은 2400명 정도로 물리학자는 10∼15% 차지하고, 나머지는 엔지니어와 기술자”라며 “준회원국이 되면 기술 운영에 CERN과 한국 서로에 도움이 될 내용이 훨씬 많을 것”이라고 덧붙였다.

                                                                                                                  대전=윤신영 동아사이언스 기자 ashilla@donga.com

 

 

 

 

 

 

제 목		힉스 입자와 초끈 이론의 상관관계는 무엇인가요

초보적인 질문이란거 저도 알아요 ㅎㅎ 초보를 위해서 쉽게 설명해주시면 감사하겠어요 일단 제가 알고 있는 것 힉스 입자 = 물질에 질량을 부여하는 가설의 입자 초끈 이론 물질을 구성하는 최소단위는 끈의 형태로 이루어져있다 이 끈의 파동에 의해 물질을 이루는 기본단위가 만들어진다     힉스 입자와 끈이론       며칠전 CERN(유럽입자물리연구소)에서 힉스입자를 발견했다는 발표를 하였다. 99.6%의 확률로 힉스입자가 틀림없다니 일단 믿어 보기로 하자.아닐 수도 있기 때문이다.       소립자는 크기가 극히 작고 짧은 시간 동안 존재하다 사라지기 때문에 직접 눈으로 식별할 수 없어 간접적인 방법으로  존재를 확인해야 한다.그래서 발견 여부도 확률로 표현하는 모양인데 물리학자도 사람이고 직업인이므로 실수할 수 있고 공명심이 앞서 성과를 부풀려 성급한 판단을 할 수도 있다는 것을 황우석사태에서 보았기에 차분하게 향후의 추이를 지켜 볼 필요가 있지싶다.         그러면 아인슈타인 이래로 물리학자의 최후의 성배라 불리는 통일장이론과 이번 힉스입자 발견은 어떤 관계가 있을까?     힉스입자를 일명 "신의 입자"라고도 부른다니 힉스입자의 출현으로 마침내 통일장이론을 달성하였을까? 대답은 "노 "다. 20세기초반에 불어 닥친 물리학의 혁명이요 새로운 세계관인 양자역학에 입각하여 세상만물을 구성하는 근본입자를 설명하려는  입자물리학의 주류를 이루는 방법을  이른바 표준모형standard model이라 한다. 표준모형에 의하면 모든 입자는 그에 해당하는 장field이 있으며 장이 진동하면 해당입자가 생성한다.       이를테면 전자장의 요동으로 전자가,양성자장의 요동으로 양성자가,힉스장으로 진동으로 힉스가 생겨 난다.     표준모형으로 우리가 잘아는 전자,양성자,중성자등 십수가지 기본입자를 설명할 수 있었고  질량의 근원이 되는 마지막 입자인 힉스를 이번에 찾았다는 이야기다.       이로서 표준모형이 올바른 방향으로 진행되었다는 것을 인정받을 수 있지만 통일이론의 완성과는 거리가 멀다. 표준모형은 양자역학이 다루는 전자기력과 강력,약력만을 설명하기 때문에 우주적인 기본힘의 하나인 중력을 포함하지 못한다. 중력의 성질은  아인슈타인의 유명한 일반상대성이론이 규명한다.       양자역학과 일반상대성이론을 하나의 이론으로 통합하려는 것이 통일장이론인데 오늘날까지 누구도 성공하지 못하고 있다.이유는 두이론의 기본바탕이 다르기 때문이다. 간단히 말하면 양자역학은 사물의 가장 작은 부분은 분할이 불가능한 일정한 크기의 덩어리로   되어있다고 보는데 반해 상대성이론은 무한히 작은 조각으로 나눌 수 있다고 본다.       그리고 철학적인 용어로 한쪽은 물리적 사건을 확률적 또는 비결정론적으로 인식하고 다른쪽은 결정론적으로 해석한다.이런 차이는 한마디로 중력을 일정한 덩어리로 다른 말로 하자면 양자화 할 수있나 하는 것으로 압축할 수 있다. 양자화된 중력인 양자중력이론을 이룰 수 있는 유력한 후보로 부상한 것이 끈이론(초끈이론)인데 아직은 이것이 올바른 길로 가고 있는지 조차 논란이 심하다.        예전에 5개의 각기 다른 끈이론이 있었던 것을 하나로 통합한 M이론이 그나마 현재까지 끈이론의 성과다.      따라서 힉스입자는 중력을 제외한 3개힘을 통일하는 표준모형이 이룩한 커다란 성과이나 통일장이론을 달성하는 관문인 중력의 양자화는 아니라는 얘기다.       중력을 양자화 할 수 있는 현재까지 이론은 끈이론이지만 이것이 나온지 40년이 넘도록 진전을 보지 못하고 있은데다 요즘에는 끈이론에 대한 회의적인 의견이 점차 많아지고 있다. 그리고 표준모형 분야에서는 노벨상이 많이 나왔으나 끈이론 연구로 노벨상 탄 사람 아직은 없다. 노벨상은 실험으로 입증된 이론에만 영광이 주어진다.       아인슈타인의 상대성이론도 당시에는 증명되지 못하였기 때문에 그는 광양자이론으로 노벨상을 받을 수 있었다.