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- 70년 전인 1954년 9월 29일 제네바 인근에 '입자물리학의 메카'가 세워져
- 오늘날 세계 최대 입자가속기인 LHC의 본거지, 세계 1만7천명이 넘는 과학자들의 연구 장소
- 1989년, 오늘날 인터넷의 기반인 월드와이드웹(World Wide Web)이 CERN에서 탄생
- 힉스 보손의 발견은 입자물리학 표준모형의 주요 간극 중 하나를 메워
- 암성진단과 발병 발견, 양성자방출단층촬영(PET)

HAPPY BIRTHDAY CERN!
CERN 연구 센터는 70년 전에 설립되었다.

힉스 보존, 우주 원시 수프, 월드 와이드 웹 등 모두 유럽 핵 연구 센터인 CERN의 발견이다. 그리고 CERN이 없었다면 암 치료에도 중요한 조력자가 부족했을 것이다. 지금으로부터 70년 전인 1954년 9월 29일 제네바 인근에 '입자물리학의 메카'가 세워졌다. 오늘날 이곳은 세계 최대 입자가속기인 LHC의 본거지이자 전 세계 17,000명이 넘는 과학자들의 연구 장소다. 

▲ CERN 연구 센터는 현재 LHC(Large Hadron Collider)의 본거지다. 그러나 그 이전에도 CERN에서는 획기적인 발견이 이루어졌다. © CERN/ Maximilien Brice

그토록 엄청난 에너지를 가진 입자들이 서로에게 던져질 수 있는 곳은 어디에도 없으며, 이러한 충돌로 인해 물질의 가장 작은 구성 요소와 모든 원자를 유지하고 형성하는 힘에 대한 많은 데이터와 정보가 생성될 수 없으며 전체 우주도 마찬가지다. 제네바 호수에서 멀리 떨어진 스위스-프랑스 프리쥐라(Pre-Jura)의 완만한 구릉지 한가운데에 CERN 연구 센터가 있다. CERN 연구 센터는 입자 세계와 우주의 기본 힘에 관한 연구를 위한 세계에서 가장 중요한 센터 중 하나다.

창립부터 첫 노벨상 수상까지

70년 전인 1954년 9월 29일, CERN은 처음에는 독일을 포함한 12개국 간의 공동 연구 시설로 설립되었다. 1957년에 최초의 가속기 링인 싱크로사이클로트론이 가동되었다. 이 장치는 양성자를 600MeV(메가전자볼트)의 에너지로 끌어올릴 수 있다. 불과 한 달 후, 물리학자들은 그의 도움으로 첫 번째 발견을 했다. 그들은 파이온이 전자와 중성미자로 붕괴되는 것을 보여주었다.

▲ 슈퍼 양성자 싱크트로트론의 이러한 입자 흔적은 1983년 W 보존의 존재를 입증했다. © CERN

1959년에는 양성자 싱크로트론이 뒤따랐는데, 이는 양성자를 최대 24GeV까지 가속하는 628m 길이의 고리였다. 그것은 오늘날에도 여전히 대형 입자가속기에 동력을 공급하고 있으며 무엇보다도 반양성자와 반중성자로 구성된 반물질 입자인 반중수소가 발견되었다. 1971년에는 확장된 시설에서 처음으로 양성자들이 서로 충돌했다. 1976년에는 슈퍼 양성자 싱크로트론(SPS)의 7km 고리가 뒤따랐다.

1983년에 CERN의 물리학자들은 물리학의 두 가지 중요한 구성 요소인 W 보존과 Z 보존을 발견했다. 두 보존은 모두 약한 핵력의 운반 입자이자 4가지 기본 힘 중 하나다. 같은 해 노벨 물리학상은 이것으로 수여되었다.

인터넷의 탄생

1989년, 오늘날 인터넷의 기반인 월드와이드웹(World Wide Web)이 CERN에서 탄생했다. 물리학자 Tim Berners-Lee는 인터넷을 형성하는 구성 요소인 URL 시스템, HTML 마크업 언어 및 http 전송 프로토콜을 최초로 개발했다. 연결 시스템, 웹 서버, 브라우저도 Lee의 작품이다. 같은 해에 LEP(대형 전자 양전자 충돌기)가 CERN에서 작동을 시작했다. 직경은 27km로 이미 지금까지 건설된 가속기 링 중 가장 큰 것이다.

▲ 1989년 Tim Berners-Lee는 CERN에서 인터넷의 기본 구성 요소를 개발했다. © CERN

1995년에 물리학자들은 처음으로 반수소 형태의 반물질 원자를 만들었다. 이는 오늘날까지 빅뱅 이후 물질에 우위를 부여한 특성을 찾는 데 중요한 기초가 된다. 2000년에 또 다른 돌파구가 뒤따랐다. SPS의 중이온 충돌 중에 CERN 물리학자들은 처음으로 쿼크-글루온 플라즈마를 생성했다. 이는 일종의 우주 원시 수프인 빅뱅 직후 널리 퍼진 물질 상태다.

LHC와 힉스

2008년 CERN에서는 세계 최대 입자가속기인 대형강입자가속기(LHC)의 시대가 열렸다. 이 "세계 기계"에서는 양성자와 중이온이 거의 빛의 속도와 7테라전자 볼트(TeV)에 달하는 엄청난 에너지까지 가속될 수 있다. 초전도 자석에 의해 궤도에 고정된 입자 패킷은 LHC의 27km 길이 원형 궤도를 통해 반대 방향으로 두 개의 빔으로 경주한 후 LHC의 4개의 크고 작은 탐지기에서 충돌한다.

▲ 힉스 보존은 입자물리학의 표준모형에서 중심적인 위치를 차지하고 있다.© CERN/ Daniel Dominguez

2012년에 LHC의 물리학자들은 힉스 보존을 통해 수십 년 동안 추구해 왔고 모든 것에 질량을 부여하는 입자를 발견했다. 힉스 장과 이와 관련된 보존이 없다면 우리 세계는 완전히 다르게 보일 것이다. 만약 그것이 존재한다면 말이다. 힉스 보손의 발견은 입자물리학 표준모형의 주요 간극 중 하나를 메우고 1960년대 가정된 이론을 확증해 준다. 2013년에 이 이론의 살아있는 창시자들은 이 공로로 노벨 물리학상을 받았다.

실용화도 발견

물리학의 기초에 대한 이러한 모든 발견과 통찰 외에도 CERN은 매우 실용적인 활용을 위한 발견과 방법도 개발했다. 양전자방출단층촬영(PET)의 전제 조건은 암성 종양 및 신체의 기타 병리학적 변화를 진단하는 데 중요한 방법인 양전자 방출 단층촬영(PET)의 전제 조건이 여기에서 개발되었다. 양전자와 중이온을 이용한 암치료의 방사선 치료는 CERN의 발견 덕분에 가능해졌다.

“70년 역사에 걸친 CERN의 성취는 인류가 차이점을 제쳐두고 공동선에 집중할 때 무엇을 성취할 수 있는지를 보여준다. CERN 사무총장 파비올라 지아노티(Fabiola Gianotti)는 "지난 70년 동안 CERN은 과학적 발견과 기술 혁신, 훈련과 교육, 협업과 공개 과학의 모델이자 전 세계 사람들에게 영감을 주는 모델로 활동해왔다"고 말했다.

이야기는 계속된다

그러나 CERN의 역사와 그 발견은 아직 끝나지 않았다. 오늘날까지 물리학자들은 LHC의 입자 추적뿐만 아니라 다른 CERN 시설에서도 기존 표준 모델을 뛰어넘는 이국적인 입자 및 어쩌면 물리학에 대한 새로운 증거를 계속해서 발견하고 있다. 현재 24개국이 CERN에 참여하고 있으며 전 세계 수만 명의 연구자들이 여기에서 생성된 데이터를 분석하기 위해 노력하고 있다.
출처: CERN

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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