[비센의 재미있는 과학 이야기]

 

순수 과학에서 창출된 이론 성과들, 현대 문명의 기초 다져

 

우주를 이루고 있는 기본입자를 찾아내는 실험의 기본적 원리는 매우 단순합니다. 호두 내부에 무엇이 들어있는지를 알고 싶다면, 그저 호두를 깨보면 되듯이, 강한 힘으로 입자를 깨부수어 그 내부에 들어있는 작은 입자들을 확인하는 단순한 원리입니다.

 

호두를 깨기 위해서 망치로 호두를 내리칠 수도 있고, 단단한 벽이나 바닥에 호두를 세게 던질수도 있으며, 또는 두개의 호두를 서로 강하게 부딪치게 하여 작은 조각으로 깰 수도 있을 것입니다. 이와 비슷하게 작은 입자들을 깨보기 위한 실험은 작은 입자들이 모여있는 타겟에 강한 압력, 또는 힘을 가해서 입자를 깰 수도 있고, 단단한 장벽에 입자들을 충돌시키거나 두개의 입자를 강한 힘으로 서로 충돌하게 만들어 그 내부 구성물을 확인할 수도 있습니다.

 

차이점이 있다면 작은 입자를 깨보기 위해서는 호두를 깰 때와는 비교할 수 없을 만큼 엄청난 양의 에너지가 필요하며, 이를 위해서 거대한 실험장치가 필요합니다. 강한 힘으로 두 작은 입자를 충돌시키기 위해 원형구조의 터널 속을 따라서 두개의 입자를 서로 반대방향으로 거의 빛의 속도와 비슷한 속도로 가속시키는 장치를 가속기(accelerator)라고 하며, 이렇게 가속된 두 입자를 한 점에서 정확히 충돌시키는 장치를 충돌기(collider)라고 합니다. 두개의 장치는 거의 함께 하기때문에 통상 가속기, 또는 충돌기라는 이름으로 두 장치를 포함해서 부르기도 합니다.

 

전세계적으로 입자물리실험을 위한 가속기들이 많이 있는데, 이중 가장 규모가 크고, 가장 높은 에너지로 입자충돌을 만들어 낼 수 있는 가속기는 유럽원자핵공동연구소(CERN)에 위치한 대형강입자충돌기(Large Hadron Collider, LHC)입니다.

 

지난 2008년에 가동이 시작된 LHC는 이후 많은 입자충돌을 시행하여 엄청난 양의 데이터들을 저장 및 분석해 왔으며, 그 데이터들을 이용하여 중력의 기본입자라 알려진 힉스(Higgs) 입자 발견 등을 이루어 내며, 현대 입자물리학의 가장 중추적인 역학을 담당하고 있는 실험장치입니다. 지난 4월 26일 LHC 연구단중 하나인 Compact Muon Solenoid (CMS) Experiment 그룹이 자신들의 연구과정에서 얻어진 방대한 양의 실험 데이터를 일반인에게 공개를 했습니다.

 

이 데이터는 무려 300 테라바이트(TB)에 해당하는 데이터인데, 이를 4.7기가바이트(GB)를 담을 수 있는 일반적인 DVD에 나누어 담는다면 약 65,000장 정도의 DVD가 필요할 정도의 엄청난 양의 데이터 입니다.

 

이 데이터를 공개한 CMS Experiment 그룹에 따르면, 이 데이터는 LHC에 장착되어 있는 CMS detector를 통해서 2011년동안에 받아들인 데이터의 약 절반 정도에 해당하는 데이터로서 약 250 조 정도에 달하는 입자들의 충돌정보를 포함하고 있다고 합니다.

 

이 데이터들은 세계 어떤 다른 연구단에서도 얻어낼 수 없는 중요한 정보들로서, 실제 소립자실험물리학자들이 새로운 입자들을 발견하기 위해 사용하는 바로 그 데이터들입니다. 

 

이 그룹은 데이터뿐만 아니라, 데이터를 분석하기 위해 연구단이 직접 개발한 소프트웨어들도 함께 공개를 했기 때문에, 누구나 원하는 사람은  해당 웹사이트 (http://opendata.cern.ch/about/CMS)로 부터 데이터와 관련 소프트웨어를 다운받아서 입자물리학 연구에 도전해 볼 수 있습니다.

 

물론 소프트웨어 사용법 등을 익히고, 각각의 데이터가 의미하는 물리량이 무엇이지 이해하기 위해서는 어느정도의 입자물리학 관련 지식과 컴퓨터 코딩에 관한 지식이 있어야겠지만, 입자물리학에 관련된 수업을 준비하는 세컨더리 스쿨 물리 교사나 연구진에 직접적으로 참여하지 않아 데이터를 이용할 수 없었던 대학교수들 뿐만 아니라, 스스로 입자물리학 연구가 어떤 것인지를 경험해보고 싶어하는 미래의 물리학자를 꿈꾸는 학생들에게는 매우 흥미로운 자료가 될 것이라고 생각합니다.

 

어쩌면 연구단이 놓치고 찾지 못한 새로운 입자의 증거를 어딘가에 있을 무명의 과학자가 찾아낼 수 있을지도 모르기에, 데이터를 공개하는 연구단 역시 앞으로 데이터의 공개가 어떤 결과를 만들어낼 지 궁금해 하고 있습니다. 

 

유럽원자핵공동연구소는 순수 물리학을 연구하는 과학자들의 연구소답게 이익창출에 연연하지 않고, 자연의 근본적인 법칙을 찾아내기 위해 몰두할 뿐만 아니라, 연구과정 중 개발된 무언가가 인류에게 도움이 되는 것이라고 판단이 되면 모든 인류가 그 신기술 및 정보를 공유해야한다는 이념을 갖고 있습니다.

 

이번에 데이터를 일반인들에게 공개한 것도 이에 대한 실천의 하나라고 볼 수 있습니다. 또한 이 연구소에서 대가없이 일반인들에게 공개함으로써 우리들의 생활에 직접적인 영향을 준 것으로 가장 유명한 것은 이제는 모든 현대인들이 당연하듯이 사용을 하고 있는 인터넷의 가장 기본 프레임, 즉 월드와이드웹(www)입니다.

 

월드와이드웹이라는 네크워크시스템은 바로 이 연구소에서 많은 양의 데이터를 세계 전역에 퍼져있는 과학자들이 쉽게 공유하고, 정보 교환을 위해서 처음 만들어진 정보전달체계였습니다.

 

실험에 참가한 과학자들간의 정보교환을 위해 월드와이드웹의 네크워크방식을 개발한 CERN의 물리학자 팀 버너스 리(Tim Berners-Lee)는 이후 특허 등의 제약없이 이를 전세계의 누구나 활용할 수 있도록 공표하였고, 그 덕분에 우리는 지금의 온라인 네트워크 세상을 즐기고 있을 수 있는 것입니다.

 

순수과학을 연구하는 것이 우리들의 일상적인 삶에 무슨 이득이 되겠는가라고 생각할 수도 있겠지만, 사실은 순수과학을 연구하면서 얻게된 많은 기술들이 우리들이 일상속에서 무심코 사용하고 있는 많은 테크놀로지의 기본을 이루고 있는 것들인 것입니다.

 

이번에 공개된 데이터들도 어떻게 분석하고, 접근하는가에 따라서 전혀 예측하지 못했던 무엇인가를 얻어낼 수도 있는 무한한 가능성을 갖고 있는 정보들이기에 향후 그에 대한 파급효과를 흥미롭게 기대해 봅니다.

 

석준영(비센 학원장)