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Collider

쿼크 교수

가속기에서 만나는 안내자예요. 게임에서 만나는 순서대로 그의 강의를 모았어요.

쿼크 교수의 픽셀 아트 초상

이야기

쿼크 교수

“아, 왔군요. 쿼크 교수예요, 반가워요. 방금 모든 것이 어떻게 시작됐는지 보셨죠. 제네바 지하 100미터에서 우리는 그 시작을 작게 되살려요. 제 입자 가속기에서요.”

쿼크 교수

“50년 동안 표준 모형은 거의 모든 걸 설명해 왔어요. 쿼크, 렙톤, 세 가지 힘. “거의”요. 우주 물질의 약 85%는 암흑 물질이고, 무엇으로 이루어졌는지 아무도 몰라요.”

쿼크 교수

“저는 확신해요. 답은 아직 아무도 도달하지 못한 에너지에서 기다리고 있어요. 그러려면 더 큰 링이 필요해요. 그다음엔 아무래도 하나 더요.”

쿼크 교수

“원리는 이래요. 입자 다발 두 개가 거의 빛의 속도로 링을 반대 방향으로 돌아요. 검출기 안에서 교차할 때 둘을 충돌시키는 거예요. 운동 에너지가 새 입자가 돼요: E = mc².”

쿼크 교수

“충돌할 때마다 데이터가 나오고, 그걸로 업그레이드를 사요. 찾은 입자로는 자석과 검출기 값을 치르고요. 빔 에너지가 높을수록 더 무거운 입자가 생길 수 있어요.”

쿼크 교수

“큰 목표는 힉스 보손이에요. 다섯 개를 모으면 위원회가 다음 링을 승인해요. 먼저 FCC, 그다음엔 유럽을 가로질러, 지구를 한 바퀴, 달 궤도를 한 바퀴 … 저 멀리 태양권까지요.”

쿼크 교수

“그리고 저 바깥 어딘가, 알려진 모든 것 너머에서 공식적으로는 존재하지도 않는 입자들이 기다려요. 우리가 찾아낼 거예요. 함께요.”

작동 원리

쿼크 교수

“아래에 타이밍 바가 있어요. 점은 입자 다발의 리듬에 맞춰 움직여요. 밝은 구간은 다발이 검출기 한가운데에서 교차하는 순간이에요.”

쿼크 교수

“밝은 구간에서 탭하면 적중이에요. 데이터를 전부 얻고, 새 입자를 찾을 기회도 생겨요. 빗나가면 빔은 진공관 속 잔류 기체만 맞혀요. 몇 바이트, 그게 전부예요.”

쿼크 교수

“적중. 하지만 1 MeV에서는 광자만 생겨요. 질량 없는 빛의 양자죠. 물질을 만들기엔 아직 에너지가 모자라요.”

쿼크 교수

“전자의 질량은 0.511 MeV이고, 절대 혼자 생기지 않아요. 언제나 반입자인 양전자와 함께예요. 그래서 1.02 MeV, 빔에 최소한 이만큼 필요해요. 아인슈타인 공식 그대로죠: E = mc².”

쿼크 교수

“하나 더요. 교차를 연속으로 맞히면 포커스가 쌓여요. 적중당 충돌이 늘어나요. 한 번 빗나가거나 오래 쉬면 사라져요.”

쿼크 교수

“전자예요. 순수한 에너지에서 생긴 첫 물질 조각이죠. 그 짝인 양전자는 폴 디랙이 예측했고, 1932년에 실제로 발견됐어요.”

쿼크 교수

“여기서는 입자가 두 번째 화폐예요. 데이터로 빔 값을 치르고, 입자로 장비 값을 치러요. 예를 들어 전자로는 광도를 사요.”

쿼크 교수

“광도가 높으면 다발이 촘촘해져 충돌이 늘어요. 직접 쏘지 않아도 레벨당 초당 0.2회예요. 그래도 직접 맞힌 적중이 더 좋아요. 고급 이상 모든 입자의 확률이 세 배거든요.”

쿼크 교수

“이제 커피를 가지러 가도 기계는 돌아가요. 다음 목표: 140 MeV의 파이온.”

쿼크 교수

“파이온은 가장 가벼운 강입자예요. 쿼크와 반쿼크가 강력으로 묶여 있죠. 유카와 히데키가 1935년에 원자핵을 붙잡는 접착제로 예측했어요.”

쿼크 교수

“파이온이에요. 곧 뮤온도 나와요. 전자의 무거운 사촌으로, 질량이 207배예요.”

쿼크 교수

“둘 다 자기장 값으로 써요. 더 강한 쌍극자 자석은 에너지가 더 높은 빔을 궤도에 붙잡아 둬요. 레벨마다 충돌당 데이터 ×1.3이에요.”

쿼크 교수

“검출기는 양파처럼 생겼어요. 층층이 겹쳐 있고, 층마다 보는 입자가 달라요.”

쿼크 교수

“가장 안쪽엔 수명이 짧은 무거운 입자용 버텍스 검출기, 그다음엔 전하를 띤 입자용 궤적 검출기가 있어요. 열량계는 에너지를 재요. 가장 바깥엔 뮤온 챔버가 있죠. 거기까지 오는 건 뮤온뿐이에요.”

쿼크 교수

“층의 레벨이 오를 때마다 그 입자 계열이 12% 더 자주 나와요. 궤적 검출기부터 시작하세요. 첫 레벨은 파이온 몇 개면 되고, 이벤트 디스플레이에서 처음으로 진짜 궤적이 보여요.”

쿼크 교수

“벌써 꽤 모았네요. 입자에는 여섯 등급이 있어요. 일반, 고급, 희귀, 영웅, 전설, 그리고 큰 링 목표인 신화. 더 큰 링마다 새로운 가설 입자가 등장해요.”

쿼크 교수

“도감에는 입자마다 무엇인지, 어떻게 발견됐는지, 그리고 아직 무엇이 빠졌는지 나와 있어요.”

쿼크 교수

“125 GeV에서는 본격적이에요. 힉스 보손이죠. 피터 힉스가 1964년에 예측했고, 2012년에 발견됐어요. 바로 여기 CERN에서요.”

쿼크 교수

“실제 LHC에서는 충돌 10억 번에 한 번 생겨요. 여기선 더 빠르지만 그래도 드물어요. 열량계가 도와줘요. 광자 두 개로 붕괴하는 걸 볼 수 있거든요.”

쿼크 교수

“우리끼리 하는 말인데요, 다발이 색을 띠고 빛나면 희귀한 걸 싣고 있어요. 그때 맞히세요. 아니면 사라져요.”

쿼크 교수

“이제 우아해져요. 모든 입자는 고유한 진동수로 진동해요, E = hν. 업그레이드 메뉴에서 빔의 파동을 J/ψ에 정확히 맞추세요. 그러면 줄줄이 생겨요. 1974년의 그 발견은 지금도 “11월 혁명”이라 불려요.”

쿼크 교수

“깔끔하게 측정했어요. 좋은 이벤트는 네 단계로 발표돼요. 학회 발표, 논문, 표지 논문, 노벨상. 입자마다 단계별 칸이 있어요. 이벤트가 오르는 단계는 가장 약한 측정값이 정해요. 더 좋은 검출기와 업그레이드가 그 값을 올려요. 이미 발표된 건 도감에서 볼 수 있어요.”

쿼크 교수

“기록한 이벤트는 질량, 분해능, 유의도, √s, 파일업, 희귀도, 트리거의 일곱 가지 값으로 측정돼요. 측정 기록에서 볼 수 있어요.”

쿼크 교수

“각 값은 게임의 같은 단계에 있는 비슷한 이벤트와 비교돼요. “60%보다 좋다”는 비슷한 이벤트 100개 중 60개보다 좋다는 뜻이에요.”

쿼크 교수

“일곱 값 중 가장 약한 값이 정해요. 60%부터 학회 발표, 80%부터 논문, 90%부터 표지 논문, 99.2%부터 노벨상. 약한 값 하나가 전체를 붙잡아요.”

쿼크 교수

“회색 칸은 아직 비어 있어요. 이벤트가 충분히 좋으면 저절로 채워져요. 그러려면 검출기, 분해능, 트리거를 키우고 파일업은 낮게 유지하세요. 값을 탭하면 어떤 업그레이드가 도움이 되는지 보여요.”

새 링마다

링 2 · FCC 링

쿼크 교수

“FCC, 미래 원형 충돌기(Future Circular Collider)예요. 둘레 91킬로미터로, CERN이 제네바와 레만 호 아래에 계획하고 있어요. 목표는 약 100 TeV, LHC의 일곱 배쯤이에요. 지어낸 게 아니라 진짜 계획이에요.”

쿼크 교수

“에너지가 높을수록 더 무거운 입자가 나와요. 동료들은 알려진 입자의 무거운 짝, 추가 힘 매개 입자, 우리와 거의 소통하지 않는 암흑 섹터의 신호를 추측해요. 증명된 건 없어요. 이제부터는 “가설”이라고 불러요.”

쿼크 교수

“새 메커니즘: 확장 후 광도가 레벨 1에서 시작해서, 빔이 곧바로 저절로 충돌해요. 확장하면 데이터와 업그레이드가 초기화돼요. 도감과 신화 입자는 남고, 수익은 영구히 ×1.6이 돼요.”

링 3 · 대륙 링

쿼크 교수

“여기부터는 현실을 떠나요. 대륙 링은 허구예요. 이런 걸 계획하는 사람은 없어요. 둘레 3,000킬로미터로 유럽을 가로지르고, 에너지는 최대 2 PeV, LHC의 백 배가 넘어요. 종이 위에선 뭐든 지을 수 있으니 다행이죠.”

쿼크 교수

“여기선 뭐가 나올까요? 쿼크와 렙톤을 잇는 다리, 디랙이 이미 1931년에 가능하다고 본 홀로 있는 자기극, 강력의 수수께끼를 풀어 줄 아주 가벼운 입자. 물론 모두 가설이에요.”

쿼크 교수

“새 메커니즘: 이중 빔. 10번째 충돌마다 두 번으로 계산돼요. 데이터 두 배에 새 입자 판정도 한 번 더. 수익은 영구히 ×2.6이 돼요.”

링 4 · 지구 링

쿼크 교수

“지구 링: 40,000킬로미터, 적도를 한 바퀴. 허구지만 전통이 있어요. 엔리코 페르미가 이미 1954년에 지구를 두르는 가속기가 무엇을 할 수 있을지 계산했거든요. 여기선 에너지가 최대 200 PeV예요.”

쿼크 교수

“동료들은 여기서 무엇을 추측할까요? 중성미자의 무거운 형제들이요. 알려진 중성미자가 왜 그렇게 가벼운지 설명해 줄 거예요. 그리고 양자물리학에 아직 빠져 있는 유일한 조각, 중력의 양자요. 둘 다 가설이에요.”

쿼크 교수

“새 메커니즘: 자동화 중에도 콤보가 유지돼요. 광도가 돌아가는 동안 콤보는 사라지지 않고, 자동 충돌에도 콤보 배율이 붙어요. 영구 수익 ×4.1.”

링 5 · 달 궤도 링

쿼크 교수

“달 궤도 링: 둘레 240만 킬로미터, 달 자체가 궤도 위를 돌아요. 허구예요. 20 EeV는 터무니없게 들리지만 자연은 이미 해내요. 우주 방사선은 그보다 더 높은 에너지에 이르러요. 다만 조준을 안 할 뿐이죠.”

쿼크 교수

“동료들은 여기서 약력 장의 기묘한 전이를 추측해요. 빅뱅 뒤에 물질이 반물질과 함께 소멸하지 않고 왜 남았는지 설명할지도 몰라요. 관측된 적은 없어요. 가설이에요.”

쿼크 교수

“새 메커니즘: 이상 현상. 몇 분마다 무대에 12초 동안 이상 현상이 나타나요. 탭하면 시간 부스트(수익 ×3)나 대량 드롭을 얻어요. 놓쳐도 불이익은 없어요. 수익 ×6.6.”

링 6 · 태양 궤도 링

쿼크 교수

“태양 궤도 링: 9억 4,000만 킬로미터, 지구는 궤도 위의 점 하나예요. 허구, 에너지는 최대 2 ZeV. 이걸 지으려면 엄청난 인내심이 필요해요. 그리고 커피도 아주 많이요.”

쿼크 교수

“동료들은 여기서 무엇을 추측할까요? 강입자처럼 검출기를 굴러 지나가는 무겁고 수명이 긴 입자, 그리고 암흑 물질의 단골 후보예요. 느리고, 무겁고, 거의 상호작용하지 않죠. 아직 검출된 적 없어요. 가설이에요.”

쿼크 교수

“새 메커니즘: 두 번째 검출기. ATLAS와 CMS처럼 한 바퀴에 교차점이 두 개예요. 박자는 절반으로 줄고, 적중은 두 배까지 가능해요. 수익 ×10.5.”

링 7 · 태양권 링

쿼크 교수

“태양권 링은 태양계 끝, 태양풍이 성간 가스 속으로 잦아드는 곳에 있어요. 보이저 탐사선들은 이미 그 경계를 넘었어요. 그곳의 가속기는 허구예요. 여기선 빔 에너지가 무제한이에요.”

쿼크 교수

“여기서 동료들은 공간과 시간의 본질에 대한 단서를 기대해요. 아주 작은 진동하는 끈으로 된 물질, 그리고 중력이 생각보다 강할 수도 있는 여분 차원이요. 아름답지만 증명되지 않았어요. 가설이에요.”

쿼크 교수

“새 메커니즘: 모든 공명. 질량 있는 모든 입자를 이제 튜닝으로 공명 생성할 수 있어요(±3%), 힉스도요. 수익 ×16.8. 그다음엔요? 남은 건 우주 그 자체뿐이에요.”

쿼크 교수

“이전 링(LHC 링)은 이제 전단 가속기예요. CERN에서 SPS가 LHC에 450 GeV로 빔을 공급하는 것과 같아요. 그래서 빔의 시작 에너지는 375.8 GeV, 이 링이 낼 수 있는 에너지의 약 15분의 1이에요. 새 링은 빔 레벨을 올릴 때마다 눈에 보이게 더 지어져요.”

가설 입자를 발견했을 때

  • 뉴트랄리노

    쿼크 교수

    “뉴트랄리노예요. 초대칭에서 가장 가벼운 짝 입자죠. 중성이고, 무겁고, 거의 보이지 않아요. 암흑 물질 후보예요. 검출기에서는 소실 에너지로만 드러나요. 거기 없는 궤적이요. 물론 가설이에요.”

  • Z′ 보손

    쿼크 교수

    “Z′, Z 보손의 큰형이에요. 또 다른 힘이 있다면 또 다른 매개 입자가 필요하겠죠. 그 지문은 수상할 만큼 에너지가 높은 뮤온 쌍이에요. 실제 실험에선 아직 아무것도 못 찾았어요. 그래서 더 크게 짓는 거예요.”

  • 암흑 광자

    쿼크 교수

    “암흑 광자예요. 암흑 물질만 느끼는 힘의 빛이죠. 보통 광자와 아주 조금 섞이기 때문에 겨우 볼 수 있을지도 몰라요. 동료들은 가설일 뿐이래요. 이건 우리끼리 비밀로 해요.”

  • 렙토쿼크

    쿼크 교수

    “렙토쿼크예요. 반은 쿼크, 반은 렙톤, 두 입자 가문이 결혼한 것 같죠. 대통일 이론이 예측해요. B 붕괴에서 보인 단서는 아직 확인되지 않았지만, 희망의 끈은 놓지 않아요. 가설이에요.”

  • 자기 홀극

    쿼크 교수

    “자기 홀극이에요. S극 없는 N극이죠. 자석을 부러뜨리면 자석 두 개가 될 뿐이에요. 디랙은 1931년에 하나만 있어도 전하가 왜 정해진 크기로만 나뉘는지 설명된다는 걸 보였어요. 본 사람은 아직 없어요.”

  • 액시온

    쿼크 교수

    “액시온이에요. 중성자가 왜 전기적으로 그렇게 눈에 띄게 균형 잡혀 있는지 설명하려고 고안됐어요. 덤으로 암흑 물질 후보이기도 하죠. 아주 가볍고, 아주 수줍고, 가설이에요. 먼저 알아채야만 했던 문제를 푸는 입자예요.”

  • 무거운 중성미자

    쿼크 교수

    “무거운 중성미자예요. 알려진 중성미자는 아주 가벼워요. 어쩌면 무거운 형제가 있어서일지도 몰라요. 한쪽이 무거울수록 다른 쪽은 가벼워지죠. 시소처럼요. 실제로 “시소 메커니즘”이라고 불러요. 가설이에요.”

  • 중력자

    쿼크 교수

    “중력자, 중력의 양자예요. 우리가 아직 양자 이론으로 다루지 못한 유일한 힘이죠. 하나라도 검출하는 사람은 스톡홀름에 가요. 실제로는 상상도 못 할 만큼 잡기 어려워요. 물론 가설이에요.”

  • 스팔레론

    쿼크 교수

    “스팔레론이에요. 사실 입자가 아니라, 물질과 반물질을 똑같이 대하지 않는 약력 장의 전이예요. 애초에 왜 무언가가 남았는지 설명할지도 몰라요. 그리스어로 “떨어질 준비가 된”이라는 뜻이에요. 가설이에요.”

  • R-하드론

    쿼크 교수

    “R-하드론이에요. 보통 쿼크를 외투처럼 두른 무거운 초대칭 입자죠. 아주 무겁고 오래 살아서 검출기를 가로질러요. 고속도로의 대형 트럭처럼요. 동료들은 가설일 뿐이래요.”

  • WIMP

    쿼크 교수

    “WIMP예요: Weakly Interacting Massive Particle, 약하게 상호작용하는 무거운 입자죠. 영어 “wimp”는 “약골”이라는 뜻이라 딱 맞는 이름이에요. 수십 년째 암흑 물질의 단골 후보지만 지금까지 모든 탐색이 빈손이었어요. 하나 잡는 건 순전히 희망 사항이에요. 그래도 꿈꾸는 건 자유라서 다행이에요.”

  • 스트링 볼

    쿼크 교수

    “스트링 볼이에요. 입자가 아주 작은 진동하는 끈이라면, 에너지가 충분할 때 끈이 엉킨 덩어리가 생겨 많은 입자로 붕괴할 수 있어요. 끈 이론은 우아하지만 증명되지 않았어요. 결과를 글자 그대로 받아들이진 마세요. 열정은 듬뿍 담아도 좋아요.”

  • 마이크로 블랙홀

    쿼크 교수

    “마이크로 블랙홀이에요. 걱정 마세요. 가설이고, 생겨도 눈 깜짝할 사이에 호킹 복사로 증발할 거예요. 충돌로 그런 게 생긴다면 우주 방사선이 수십억 년 동안 만들어 왔겠지만, 아무 일도 없었어요. 빛이 휘는 거 봤어요? 아인슈타인의 중력이에요.”