40년 만에 잡힌 신호
CERN의 LHCb 실험 물리학자들이 이론상 뷰티 입자 100억 개당 약 1회 발생하는 붕괴의 첫 증거를 보고했다. 대형강입자충돌기(LHC)의 업그레이드된 검출기에서 나온 이 결과는 40년 넘게 이어진 탐색의 결실이다.
이 과정은 'Bd→뮤뮤'로 알려져 있다. 뷰티 쿼크를 포함한 중성 입자가 전자의 무거운 친척인 뮤온 두 개로 붕괴하는 현상이다. 측정은 통계적 유의도 3.2시그마에 도달했는데, 이는 증거라고 부르기에는 충분하지만 입자물리학이 발견에 요구하는 5시그마에는 못 미친다.
희귀 붕괴가 중요한 이유
뷰티 쿼크는 충돌에서 대량으로 생성되며 약 1조분의 1.5초 동안 존재한다. 붕괴가 희귀할수록 충돌기에서 직접 생성하기에는 너무 무거운 입자에 더 민감할 수 있는데, 그런 입자들이 붕괴 발생 빈도를 바꿀 수 있기 때문이다.
측정된 발생률은 기본 입자를 설명하는 현재의 이론인 표준모형과 일치한다. 이 일치는 그 자체로 유용하다. 이 채널에서 미지의 물리학이 들어설 여지를 좁히고, 이론가들에게 향후 데이터를 위한 더 정교한 기준점을 제공한다.
젭토 세계 탐사
약 1,900명의 연구자가 참여한 15년 프로젝트인 업그레이드 LHCb는 이전보다 최대 5배 빠르게 데이터를 수집할 수 있다. 영국이 제작한 실리콘 픽셀 검출기 '버텍스 로케이터'는 빔에서 5밀리미터 떨어져 입자가 생성되고 붕괴하는 지점을 정밀하게 찾아낸다.
업그레이드를 이끈 맨체스터대의 크리스 파크스는 그 확률을 지구상의 모든 사람 중 첫 데이트에서 완벽한 상대를 만날 확률에 비유했다. 코너 피츠패트릭 부물리학 코디네이터는 이 붕괴를 새 물리학을 포착하는 황금 채널이라고 불렀다.
연구진은 2030년대 초까지 훨씬 더 큰 데이터셋을 확보할 것으로 예상하며, 추가 업그레이드로 수집률을 열 배까지 높일 수 있다. 그러면 측정은 미터의 10억분의 1의 1조분의 1인 젭토미터 수준으로 나아가게 되며, 물리학자들은 그곳에서 표준모형이 설명하지 못하는 입자와 힘을 찾기를 기대한다.