LHC 에서는 atlas 랑 cms 랑 두개의 디텍터를 이용한 실험이 진행중입니다. 둘 다 모두 Higgs boson 과 관련된 실험부터 시작하여 dark matter, extra dimension, Beyond Standard Model 등 을 위한 실험을 설계하고 진행중인 것으로 알고 있습니다. CMS 와 ATLAS 의 차이점은 어떤 자석, 어떤 테크니컬한 장비로 측정(?) 하는 것으로 알고 있습니다 (제 전공이 아닌지라... 몇번 이 분들을 보긴 했습니다만 자세히 듣지 않아서). 국내의 연구진들이 CMS 나 Atlas 에 많이 파견되어 일하고 있는 것으로 압니다
@gogumacat 님 항상 지켜봐주시고 응원해주셔서 감사합니다
이번에 특히 어려운 질문을 해주셨네요
@beoped 님 역시 물리 전공 학위를 하시는 듯한데 세부전공을 여쭐 수 있을련지요?
아마 @beoped 님께서 훨씬 더 전문적인 답변을 해주실 수 있을듯 합니다 ㅎㅎ
저 역시 입자물리 전공을 한 것은 아닌지라 이래저래 찾아보면서 공부하고 정리하여 전달해드리는 수준밖에 안되지만 찾은 내용을 요약해보겠습니다.
CMS(Compact Muon Solenoid) 입자검출기와 ATLAS(A Toroidal LHC Apparatus) 입자검출기 모두 힉스 입자와 같은 새로운 입자와 물리현상의 탐색에 최적화된 장치입니다.
CMS 입자 검출기는 양성자-양성자 충돌에서 나오는 입자들의 종류를 판별하고 그 운동량과 에너지를 GeV∼TeV의 범위에서 정밀하게 측정할 수 있는데요.
수 TeV의 에너지를 가진 양성자와 양성자가 충돌할 때는 양성자를 구성하고 있는 기본입자들인 쿼크나 글루온이 직접적으로 상호작용합니다.
양성자가속기에서 힉스입자의 주요 생성 메커니즘은 글루온 융합과정인데 이 과정에서는 글루온과 글루온이 강한 상호작용을 통해 힉스입자를 생성하게 되지요.
힉스입자는 생성 직후 단계적인 붕괴 과정을 거쳐 최종적으로는 광자나 뮤온같은 안정한 입자들로 붕괴되는데 붕괴입자들의 종류, 에너지, 운동량을 측정하게 되면 붕괴하기 전 원래 입자의 질량을 재구성하는 방식으로 입자들을 검출한다고 합니다.
@hunhani님, 아 저는 특별히 LHC 이쪽과는 관련이 없어요, 제 아는 지인이 LHC 와 직접적인 관련이 있어서,, 힉스 발견 당시 엄청 흥분하셨던 기억이 나네요. 그냥 기회가 몇번 있어서 이 쪽 분야 사람들을 만난 적이 있어서요. 딱히 구분짓자면 수학인(?)/ 아직 수학자는.. 정도가 되려나요. ㅎㅎ @gogumacat 님 일단 Atlas 표시 나와있는 사진을 보면 사실 3개의 사진(?) 은 같은 실험을 나타내요. 힉스를 찾기 위해 H-> ZZ^-> 4mu decay 를 설계, 실험한건데, 맨 왼쪽 위의 자세히 보면 점 처럼 보이는 것들이 있을 텐데 거기서 입자들이 충돌을 나타내요. 오른쪽 원형 실린더 사진은 전반적인 모습을 보여주는 건데, ZZ^ -> 4 muon 을 확대해서 (바깥에서 본 그림?) 저기 빨간색으로 보이는 선이 muon 의 경로를 말해주고 있죠. 이 2012년 6월 실험으로 125Gev 의 Higgs boson 이 발견(?) 되었다고 하죠. (엄밀한 과정은 조금(?) 많이 복잡해요)
그 위의 사진은 CMS 실험(역시 2012년 이것도 힉스 보존 발견과 관련된 실험이죠)을 나타낸거고요, proton-proton 실험인데 Higgs boson 으로 부터 photon 으로 decay 하는 과정을 보여주죠. 노란색과 초록색 선이 보이나요? 힉스 보존이 광자 로 붕괴하는 과정을 보여주는 그림이에요.
붕괴 입자 종류별 반응 / 에너지 보존 / 운동량 보존 / 질량-에너지 관계식 등으로부터 붕괴하기 전 원래 입자의 재구성된 질량을 알아낼 수 있는데요. 이 입자 붕괴 반응에 있어 입자별로 다양한 모드로 붕괴한다는 점, 각각의 붕괴 갈래비는 힉스 입자의 질량에 강하게 의존한다는 점을 이용하는 것입니다.
질량범위 120 ~ 135 GeV/c2 에서는 H→bb' (H: 힉스입자, b: 바닥쿼크, b': 바닥쿼크의 반입자)의 붕괴갈래비가 가장 크고 그 다음으로는 H→WW, H→gg(g: 글루온), H→τ(τ: 타우렙톤), H→cc’c(c: 맵시쿼크, c’: 맵시쿼크의 반입자), H→ZZ, H→γγ:(γ: 광자)의 순서로 붕괴갈래비가 크다고 합니다. 이 중에서 힉스입자를 탐색하는데 사용된 주요 붕괴모드는 H→γ:γ:, H→ZZ, H→WW으로 위 그림은 이를 형상화한 것입니다.
힉스입자의 생성은 LHC 가속기에서 100억 번의 양성자-양성자 충돌에서 1개의 힉스입자가 생성될 정도로 희귀한 사건이므로 수없이 많은 충돌이 만들어내는 배경사건과 힉스 신호사건을 분리하고 신호 대 배경사건의 비를 최적화하는 것이 힉스입자 탐색의 관건이 된다고 하네요.
LHC 에서는 atlas 랑 cms 랑 두개의 디텍터를 이용한 실험이 진행중입니다. 둘 다 모두 Higgs boson 과 관련된 실험부터 시작하여 dark matter, extra dimension, Beyond Standard Model 등 을 위한 실험을 설계하고 진행중인 것으로 알고 있습니다. CMS 와 ATLAS 의 차이점은 어떤 자석, 어떤 테크니컬한 장비로 측정(?) 하는 것으로 알고 있습니다 (제 전공이 아닌지라... 몇번 이 분들을 보긴 했습니다만 자세히 듣지 않아서). 국내의 연구진들이 CMS 나 Atlas 에 많이 파견되어 일하고 있는 것으로 압니다
@gogumacat 님 항상 지켜봐주시고 응원해주셔서 감사합니다
이번에 특히 어려운 질문을 해주셨네요
@beoped 님 역시 물리 전공 학위를 하시는 듯한데 세부전공을 여쭐 수 있을련지요?
아마 @beoped 님께서 훨씬 더 전문적인 답변을 해주실 수 있을듯 합니다 ㅎㅎ
저 역시 입자물리 전공을 한 것은 아닌지라 이래저래 찾아보면서 공부하고 정리하여 전달해드리는 수준밖에 안되지만 찾은 내용을 요약해보겠습니다.
CMS(Compact Muon Solenoid) 입자검출기와 ATLAS(A Toroidal LHC Apparatus) 입자검출기 모두 힉스 입자와 같은 새로운 입자와 물리현상의 탐색에 최적화된 장치입니다.
CMS 입자 검출기는 양성자-양성자 충돌에서 나오는 입자들의 종류를 판별하고 그 운동량과 에너지를 GeV∼TeV의 범위에서 정밀하게 측정할 수 있는데요.
수 TeV의 에너지를 가진 양성자와 양성자가 충돌할 때는 양성자를 구성하고 있는 기본입자들인 쿼크나 글루온이 직접적으로 상호작용합니다.
양성자가속기에서 힉스입자의 주요 생성 메커니즘은 글루온 융합과정인데 이 과정에서는 글루온과 글루온이 강한 상호작용을 통해 힉스입자를 생성하게 되지요.
힉스입자는 생성 직후 단계적인 붕괴 과정을 거쳐 최종적으로는 광자나 뮤온같은 안정한 입자들로 붕괴되는데 붕괴입자들의 종류, 에너지, 운동량을 측정하게 되면 붕괴하기 전 원래 입자의 질량을 재구성하는 방식으로 입자들을 검출한다고 합니다.
아래 자료를 참조하시면 훨씬 더 자세한 설명을 찾아보실 수 있습니다.
http://webzine.kps.or.kr/contents/data/webzine/webzine/14762090307.pdf
@hunhani님, 아 저는 특별히 LHC 이쪽과는 관련이 없어요, 제 아는 지인이 LHC 와 직접적인 관련이 있어서,, 힉스 발견 당시 엄청 흥분하셨던 기억이 나네요. 그냥 기회가 몇번 있어서 이 쪽 분야 사람들을 만난 적이 있어서요. 딱히 구분짓자면 수학인(?)/ 아직 수학자는.. 정도가 되려나요. ㅎㅎ
@gogumacat 님 일단 Atlas 표시 나와있는 사진을 보면 사실 3개의 사진(?) 은 같은 실험을 나타내요. 힉스를 찾기 위해 H-> ZZ^-> 4mu decay 를 설계, 실험한건데, 맨 왼쪽 위의 자세히 보면 점 처럼 보이는 것들이 있을 텐데 거기서 입자들이 충돌을 나타내요. 오른쪽 원형 실린더 사진은 전반적인 모습을 보여주는 건데, ZZ^ -> 4 muon 을 확대해서 (바깥에서 본 그림?) 저기 빨간색으로 보이는 선이 muon 의 경로를 말해주고 있죠. 이 2012년 6월 실험으로 125Gev 의 Higgs boson 이 발견(?) 되었다고 하죠. (엄밀한 과정은 조금(?) 많이 복잡해요)
그 위의 사진은 CMS 실험(역시 2012년 이것도 힉스 보존 발견과 관련된 실험이죠)을 나타낸거고요, proton-proton 실험인데 Higgs boson 으로 부터 photon 으로 decay 하는 과정을 보여주죠. 노란색과 초록색 선이 보이나요? 힉스 보존이 광자 로 붕괴하는 과정을 보여주는 그림이에요.
cern 홈페이지에 들어가면 더 정확한 정보를 알 수 있어요. 국내 연구자들이 상당히 많이 참여하기에 한국어로 설명된 것도 볼 수 있죠.
예를 들어 해당 cms 실험 같은 경우는 https://cms-docdb.cern.ch/cgi-bin/PublicDocDB/RetrieveFile?docid=6116&filename=CMShiggs2012_KO.pdf 를 보시면 더 자세히 알 수 있을 거에요
아틀라스 실험 관련해서는 https://indico.cern.ch/event/202569/contributions/1489106/attachments/305344/426480/KarolineSelbach_SUSSP2012.pdf 이걸 참조하시면 될거에요.
모두 cern webpage 에서 검색 가능하며 공개된 자료들이에요
@beoped 님 정말 감사합니다.
관련 내용을 많이 아셔서 입자물리 분야를 전공하시는 줄 알았습니다.
지인 분께서 LHC에 연관이 있다니 가까이서 이야기를 들으면 정말 흥미진진했겠는걸요?
덕분에 제가 많이 배우게 되는군요 ㅎㅎ
댓글 감사합니다. 제가 궁금한건 해소가 되진 않았는데,
그림에서 입자를 충돌하는 실험을 하는데
어떤 입자끼리 충돌하는지,
어떤 부산물, 에너지나 또다른입자, 이 나오는지,
그리고 가속기는 어떤것을 쓰는지,
우하단의 원형 그림은 어떤 의미인지 궁금합니다.
붕괴 입자 종류별 반응 / 에너지 보존 / 운동량 보존 / 질량-에너지 관계식 등으로부터 붕괴하기 전 원래 입자의 재구성된 질량을 알아낼 수 있는데요. 이 입자 붕괴 반응에 있어 입자별로 다양한 모드로 붕괴한다는 점, 각각의 붕괴 갈래비는 힉스 입자의 질량에 강하게 의존한다는 점을 이용하는 것입니다.
질량범위 120 ~ 135 GeV/c2 에서는 H→bb' (H: 힉스입자, b: 바닥쿼크, b': 바닥쿼크의 반입자)의 붕괴갈래비가 가장 크고 그 다음으로는 H→WW, H→gg(g: 글루온), H→τ(τ: 타우렙톤), H→cc’c(c: 맵시쿼크, c’: 맵시쿼크의 반입자), H→ZZ, H→γγ:(γ: 광자)의 순서로 붕괴갈래비가 크다고 합니다. 이 중에서 힉스입자를 탐색하는데 사용된 주요 붕괴모드는 H→γ:γ:, H→ZZ, H→WW으로 위 그림은 이를 형상화한 것입니다.
힉스입자의 생성은 LHC 가속기에서 100억 번의 양성자-양성자 충돌에서 1개의 힉스입자가 생성될 정도로 희귀한 사건이므로 수없이 많은 충돌이 만들어내는 배경사건과 힉스 신호사건을 분리하고 신호 대 배경사건의 비를 최적화하는 것이 힉스입자 탐색의 관건이 된다고 하네요.