문서의 임의 삭제는 제재 대상으로, 문서를 삭제하려면 삭제 토론을 진행해야 합니다. 문서 보기문서 삭제토론 LHC (문단 편집) == 상세 == || {{{#!wiki style="margin: -26px -10px -5px" [[파일:external/upload.wikimedia.org/LHC.png|width=100%]]}}} || || '''LHC의 간략 구성도''' || SPS, PS는 양성자 싱크로트론(Proton Synchrotron, 간단하게 양성자 부스터)으로 SPS의 첫 글자 S는 Super, 노란색 글씨는 충돌 실험이 일어나는 관측기들을 의미한다. 다만 사진으로 봐도 알 수 있는 사실이겠지만 저 원 내부 전체가 LHC는 아니다. 실상은 저 '선 바로 아래'(+검출기)만 LHC에 해당한다고 볼 수 있다. 그리고 가속기와 검출기 전부가 지하 175 m 지점에 묻혀 있어 아예 지하로 들어가지 않는 한 볼 수 없다. 심지어 아무 때에나 지하로 내려갈 수 있는 게 아니다. LHC가 가동되는 동안에는 방사능이 워낙 강해서 그렇다. 어느 정도냐면 가동 중지하고 일주일 내지 한 달은 기다려야 겨우 들어갈 수 있을 정도. 크기가 커서 그런 것도 있지만 더 중요한 것으로 [[우주선(물리)|우주선]][* 이 우주선은 날아다니는 우주선이 아니다. 'Cosmic Ray', 즉 우주로부터 오는 방출선(혹은 방사선)이다.] 및 외부 잡음으로부터의 영향을 최소화하기 위한 것이다.[* 하지만 이 정도 깊이까지 파고들어 가는 [[뮤온]] 입자들이 있다. 빔이 돌지 않아도 검출기를 켜놓으면 우주로부터 날아와서 검출기를 지나가는 뮤온을 자주 잡을 수 있을 정도. 워낙 오래 살고 투과를 잘 하는 뮤온이라 어쩔 수 없겠지만, 물리학자들은 오히려 이 점을 이용하기도 한다. 빔 가동 전 이 뮤온들을 잡는 것으로 검출기의 성능을 점검하는 것이다.] 실제로 이런 이유 때문에 대부분의 대규모 정밀 실험 장치들은 깊은 지하에 위치한다. 물론 가동 시에 방출되는 막대한 방사선을 차폐하는 것도 이유이다. 전 세계 85개국에서 1만 명이 넘는 저명한 물리학자들이 모여 25년간 약 32~64억 유로에 이르는 연구비(건설비, 유지보수비, 실험비용 포함)를 투입하였다. 크기는 둘레 27 km, 예상 출력 에너지는 14 [[전자볼트|TeV]]이고, 현재 13 TeV로 구동 중에 있다. 전자석을 초전도체로 만들었기 때문에 10 K(영하 263 ℃)의 온도가 유지되고 있는, 세계에서 가장 차가운 곳이기도 하다.[* 가동될 때에는 무려 1.9 K(-271.3 ℃)까지 내려간다. 우주의 평균 온도보다 낮은 온도다. 지상의 저온 실험실에선 1.9 K보다 더 낮은 온도를 만들 수 있기는 하다.] [[양성자]]-양성자, 양성자-[[원자핵]](Pb), 원자핵-원자핵(Pb-Pb)의 충돌[* [[미국]]의 [[RHIC]]에서도 동일한 방식의 실험을 수행하고 있는데, 여기는 LHC보다 에너지대가 낮다든지, 납 원자핵 대신 금 원자핵을 쓴다든지 등의 차이점이 있다.]을 통하여 재현되는 고온 고압의 '미니 [[빅뱅 우주론|빅뱅]]'에서 '쿼크-글루온 플라즈마'로 알려진 극한상태의 핵물질이 만들어질 것으로 예측하고, 그 존재와 특성을 실험적으로 검증하고 있다. 각기 다른 물리학적 목표를 가지는 네 개의 검출기(ATLAS, CMS, ALICE, LHCb)에서 충돌 실험이 수행되고 있으며, 그에 따른 결과 기록 및 분석 작업 또한 이루어지고 있다. '''양성자-반양성자 충돌 실험이 아닌 양성자-양성자 충돌 실험이다.''' 전공자가 아닌 사람이 보기에 양성자-양성자 충돌로는 쌍소멸 같은 걸 못 만들어서 의미 없는 실험이지 않은가 하고 반문할 수도 있겠다. 하지만 양성자는 내부 구조를 가지고 있으며 특히 [[쿼크]]보다 [[글루온]]이 더 많다.[* 그러고 보면 업 쿼크 두 개 질량(대략 2.3 MeV)과 다운 쿼크 질량(대략 4.8 MeV) 하나를 합친 값은 양성자 하나의 질량(938 MeV)보다 턱없이 작다. 나머지 질량은 글루온으로부터 온다. 글루온 질량이 0이지 않냐고? [[상대성 이론]]에 따르면 여러 입자가 있는 시스템의 질량을 구하는 건 단순히 입자들의 질량을 더하는 방식이 아니라 전체 에너지, 전체 운동량을 같이 계산에 넣어야 얻을 수 있는 것이다. 자세한 내용은 생략하겠지만 그런 이유로 글루온이 쿼크보다 훨씬 더 많은 셈. 실제로 관측된 parton distribution function을 봐도 그렇다.] 글루온들끼리는 상호작용이 가능하며, 이들의 반응을 통해서도 쌍소멸 못지 않은 다양한 반응이 가능해진다. 일례로 힉스 입자가 나올 수 있는 가장 대표적인 프로세스로 글루온 두 개가 중간 다리 역할을 하는 탑 쿼크 루프를 만들어 힉스 하나를 방출하는 케이스. 또한 양성자 내부에는 실질적으로 훨씬 더 많은 쿼크들이 존재할 수 있다. 반 업 쿼크, 반 다운 쿼크는 물론 심지어 그 무거운 바텀 쿼크도 존재할 수 있다. 간단히 쌍생성-쌍소멸이 계속 반복되는 상황을 생각하면 좋다. 심지어 양성자의 에너지에 따라 쿼크들과 글루온의 분포가 바뀌며 무거운 쿼크들의 분포가 꽤 많이 커지게 된다. 그래서 양성자-양성자 충돌로도 충분히 실험이 가능한 것. 물론 양성자-반양성자 충돌이 뭔가 더 살뜰해 보일 수도 있겠지만 둘 다 양성자로 할 경우 가장 큰 이점이 뭐냐면 '''충돌 이벤트 개수를 크게 늘릴 수 있다'''는 것이다. 양성자야 [[수소]] 원자가 지구상에 널린 만큼 얼마든지 끌어다 쓸 수 있지만 반양성자는 인공적으로 만들어야 하며 많이 만들기가 어렵다. 그래서 양성자-반양성자 충돌 실험을 한 테바트론보다 훨씬 더 많은 충돌 횟수를 LHC는 쉽게 얻을 수 있는 것이다. 그럼에도 테바트론에서 굳이 양성자-반양성자 충돌을 쓴 이유를 들자면 사실 물리적으로 복잡한 이야기이다. 테바트론의 에너지 레벨에서는 미묘하게도 양성자-반양성자 충돌이 양성자-양성자 충돌보다 흥미로운 반응들을 좀 더 많이 끌어낼 수 있었다. 특히 테바트론의 주요 목표인 '''탑 쿼크 발견'''을 하기 위해서는 양성자-반양성자 충돌이 그 당시 에너지 레벨에서 더욱 효율적이었다. 물론 테바트론보다 에너지 레벨이 낮아지면 낮아질수록 양성자-반양성자 반응이 양성자-양성자 반응보다 훨씬 더 쓸 만해진다. 괜히 LHC 이전 세대 강입자 가속기들이 모두 양성자-반양성자 충돌을 택했던 게 아니다. 거꾸로 말하자면, LHC의 출력이 충분히 높아져서 이제는 양성자-양성자 반응이 양성자-반양성자 반응보다 더욱 효율적이게 됐다는 것이다. 테바트론과 비교했을 때 LHC가 진일보한 점 중 또 한 가지로 '''연산 능력'''을 들 수 있다. 테바트론이 건설되고 운용될 때에 비해 LHC가 가동을 시작할 때 즈음에 컴퓨팅 파워는 눈부실 정도로 향상되었다. 테바트론 연구자들 말에 따르면 당시에는 수십 메가 바이트짜리 데이터들로 빠듯하게 프로그래밍을 했어야 했다고 한다. 지금 LHC는 가동 시에 이미 초당 기가 바이트의 데이터를 내뿜는다. 한 주제를 가지고 분석을 할 때 일년 치 데이터가 어느 정도 추려서 '''수 테라 바이트'''에 이른다. 참고로 이건 시뮬레이션을 제외하고 실험으로 나온 데이터만 가지고 추렸을 때의 수치이고, 그마저도 너무 자세한 걸 제외한 것들만 쳤을 때의 데이터이다. 그리고 이런 데이터들을 분산 처리할 수 있는 막강한 전산 시스템들이 CERN 내 뿐만 아니라 세계 도처에 있다. 지금 이 순간에도 수많은 [[슈퍼 컴퓨터|클러스터 컴퓨터]]들이 열심히 시뮬레이션하고 데이터를 가공하고 분석하고 있는 중이다.[* 참고로 한국에서는 KISTI가 CMS, ALICE와 협업을 하면서 막대한 전산 처리와 데이터 저장을 지원해 주고 있다. 이를 위해 가동 중인 [[슈퍼컴퓨터]]로 우리나라의 입자물리학자들이 활발한 연구를 진행하는 중에 있다. 그 외에도 [[경북대학교|경북대]], [[서울시립대학교|서울시립대]] 등 여러 대학에서 운영하는 슈퍼컴퓨터도 한몫 하는 중이다.] 좀 더 비교를 하자면 예를 들어 LHC에서 [[2016년]] 한 해 동안 모은 데이터는 대략 36 fb^^-1^^[* 휘도(luminosity)는 면적밀도 단위로 나타낼 수 있는데, 여기서 1 b = 10^^-24^^ cm^^2^^이다. 물론 f는 femto로 10^^-15^^. 즉, 36 fb^^-1^^ = 3.6 × 10^^40^^ cm^^-2^^이다.]인데, 테바트론이 [[2002년]]부터 [[2011년]]까지 모은 데이터는 대략 10.5 fb^^-1^^이다. 1년 동안 모은 게 9년 동안 모은 것보다 3배 넘게 많은 수준이다! 생각보다 많지 않을 수도 있겠지만 충돌 하나하나로부터 얻어진 데이터의 크기가 엄청나게 차이나는 것도 감안하면 그야말로 천지차이. 거기다 입자의 경로를 파악하는 데 있어서 LHC 전에는 구현이 어려웠던 재구성 알고리즘을 이젠 아무렇지 않게 쓴다. 그것도 모자라 기술이 더 발달해 이젠 그 휘도를 10~100배로 올리는 업그레이드가 차후 진행될 예정에 있다. LHC의 물리학적인 목표는 크게 두 가지로 구분할 수 있는데, 첫 번째는 ‘빅뱅이 발생한 후 100만분의 1초 사이에 어떤 일이 일어났는지를 알아내는 것’으로 ALICE 실험에서 주도하고 있고, 다른 하나는 ‘모든 물질에 질량을 부여하는 기능을 하는 신의 입자라 불리는 '[[힉스 보손]](boson)을 찾아내는 것’으로 CMS와 ATLAS 실험에서 주도하고 있다. 이로부터 핵을 형성하는 강력한 힘이 어떻게 작용했고 기초적인 입자들이 어떻게 뭉치게 됐는지, 즉 [[우주]]를 구성하는 물질의 기원을 밝혀낼 수 있을 것으로 기대하고 있다. 물론 이건 크게 잡은 목표고[* 사실 상 펀딩과 대중적인 이미지를 위한 목표라고 보면 된다] 실제로는 훨씬 더 범용적이다. 즉, 입자물리학에서 다루는 거의 모든 현상을 탐구하는 올라운드 플레이어인 셈. 다만 특정 영역을 집중적으로 탐구하고자 하면 그런 범용성이 오히려 부적절할 수 있다. 한편, 이미 LHC 건설 당시부터 아래 쿼크(bottom quark)와 이 쿼크를 포함한 중간자들, 즉 b-중간자(b-meson)들의 성질은 높은 관심을 받고 있었으며[* b-중간자와 CP 대칭성 붕괴와의 연관성, b-중간자의 희귀 붕괴 탐색 등으로 인한 것이다.], 소위 b-physics라고 불리우는 이 분야를 위한 특별한 검출기가 요구되었다. LHC의 또다른 검출기인 LHCb는 바로 이러한 목적을 위해 디자인되어 지어진 것이다. 물리학에서의 표준모델은 하나의 긴 수학공식이라고 할 수 있는데, 몇 가지 미묘한 문제들(계층성 문제 등) 때문에 [[초대칭]]성(supersymmetry)이라는 개념이 도입되었다. 최소 질량의 초대칭 입자(LSP; Lightest Supersymmetric Particle)은 또한 [[암흑물질]]의 좋은 후보가 되기 때문에 초대칭성이 존재하는지, 그리고 그 에너지 스케일은 어느 정도인지도 LHC가 밝혀낼 수수께끼 중 하나이다. 이 외에도 [[중성미자]] 질량 문제, [[대통일 이론]]([[강력]]+[[약력]]+[[전자기력]])의 모습은 어떤 것인지, 고에너지(특히 탑 쿼크) 입자에 관련된 상수나, 대칭성이 얼마나 깨져있는지 등등이 LHC의 관심사라고 할 수 있다. 이보다 더 상세한 목적은 아래 목적 문단을 참고하자. CERN에선 컴퓨터 서버를 놓을 돈을 구하기보단, 최근 유행하는 [[그리드 컴퓨팅]]을 도입하여 전 세계 컴퓨팅 센터 및 물리학 연구소(및 자발적 지원자)들을 대상으로 LHC@HOME이란 프로젝트를 [[BOINC]]에서 돌리고 있다. 그러나 구 프로젝트는 버리고 LHC@Home 1.0이 가동 중이다. 만약 제대로 물밀듯이 밀려오는 작업을 보고 싶다면 ATLAS@Home을 이용하면 좋다. GPU 연산도 지원. 그런데 이건 ATLAS 이야기로, 예를 들어 CMS에서는 LHC@Home 대신 자체적인 그리드 망을 이용하는 중이다. 이것 역시 전 세계 컴퓨팅 센터 및 물리학 연구소들의 컴퓨팅 자원을 끌어다 쓴다.저장 버튼을 클릭하면 당신이 기여한 내용을 CC-BY-NC-SA 2.0 KR으로 배포하고,기여한 문서에 대한 하이퍼링크나 URL을 이용하여 저작자 표시를 하는 것으로 충분하다는 데 동의하는 것입니다.이 동의는 철회할 수 없습니다.캡챠저장미리보기