반세기 동안 물리학자들은 순수한 힘으로 만들어진 입자를 찾아왔다. 이제 중국의 한 팀이 그 elusive한 '글루볼'이 실제로 존재한다는 가장 강력한 증거를 찾았다고 밝혔다.
힘으로 만들어진 입자
일반 물질은 쿼크로 구성되어 있으며, 쿼크는 글루온이라는 입자에 의해 결합된다. 글루온은 원자핵 내부의 양성자와 중성자를 묶는 상호작용인 강한 힘을 전달한다. 이론에 따르면 글루온은 스스로 뭉쳐 글루볼이라는 독특한 입자를 형성할 수도 있다.
물리학자들은 1970년대 초 강한 힘을 설명하는 이론인 양자색역학(QCD)의 일부로 글루볼을 예측했다. 그러나 이를 검출하는 데는 수십 년이 걸렸다. 글루볼은 불안정하여 거의 즉시 붕괴되어 입자 검출기에 흔적만 남긴다.
15년간의 탐색
새로운 증거는 베이징 전자 양전자 충돌기에 있는 국제 실험인 베이징 분광계 III(BESIII) 콜라보레이션에서 나왔다. 15개국 연구진은 지하 충돌기에서 수십억 개의 측정 데이터를 15년 동안 분석했다.
연구팀은 2011년 처음 발견된 X(2370) 입자에 주목했다. 그들의 분석에 따르면 이 입자는 대부분 글루온으로 구성되어 있다. 핵심 단서는 이 입자에 쿼크 맛(flavor)이 없다는 점인데, 이는 진정한 글루볼이 가져야 할 특징이다.
표준 모델의 승리
연구팀은 지난주 브라질 나타우에서 열린 국제 고에너지 물리학 회의에서 결과를 발표했다. 전 세계 물리학자들은 이 발견을 환영했다. 미국과 이스라엘 연구진은 이를 현대 물리학의 핵심 예측을 확인하는 '승리'라고 평가했다.
이 결과가 논쟁을 완전히 종결한 것은 아니다. 물리학자들은 X(2370)가 글루볼임을 완전히 확인하기 위해 더 많은 측정이 필요하며, 일부는 다른 질량을 가진 다른 글루볼 후보를 찾기를 희망한다. 그러나 이번 증거는 지금까지 수집된 것 중 가장 강력하며, 반세기 된 수수께끼를 거의 해결에 가깝게 만들었다.
확인된다면, 글루볼은 물리학자들이 수십 년에 걸쳐 구축해 온 물질의 그림을 완성하게 된다. 즉, 쿼크와 글루온이 힘으로 결합하여 원자에서 별에 이르는 모든 것을 만든다는 것이다.