입자 충돌기는 미세한 블랙홀을 만들어낼 수 있습니다.

과학자들은 태양계 외곽에 아주 거대한 천체가 존재할 것으로 생각하고 있습니다.

 

이 천체가 9번째 행성이라는 얘기도 있고, 자몽만한 크기의 미니 블랙홀이라는 얘기도 있죠. 

 

만약 미니 블랙홀이 맞다면, 우주는 아주 작은 블랙홀들로 가득할 것이라고 과학자들은 생각하고 있습니다.

 

그리고 어쩌면 우리는 이 미세한 블랙홀을 직접 만들어낼 수 있을지도 모릅니다.

 

최근에 과학자들은 미세 블랙홀이 세계에서 가장 거대한 입자 충돌기에서 만들어질 수 있다는 아주 흥미로운 연구 결과를 발표했는데요.

 

만약 우리가 미세 블랙홀을 만들어 낼 수 있다면, 이 세상의 진실에 한 걸음 더 다가설 수 있게 될 겁니다.

 

 

 

 

이 세상은 네 가지 힘에 의해 지배를 받고 있습니다.

 

그 네 가지의 힘은 전자기력, 강력(강한 핵력), 약력(약한 핵력) 그리고 중력입니다.

 

이 네 가지의 힘들은 모두 다른 환경에서 작동하고 다른 능력을 가지고 있으며 다른 방식으로 상호작용하죠.

 

그리고 이 중에서 가장 강한 힘은 강력이며, 가장 약한 힘은 중력입니다.

 

어떠한 실험에서도 중력은 항상 네 가지의 힘 중에서 제일 약하다는 결과를 보여주었습니다.

 

아마도 중력이 지금보다 수십 억 배나 더 강해진다고 해도 여전히 네 힘 중에서는 가장 약할 겁니다.

 

어떤 물리학자는 중력에 대해서 "괘씸할 정도로 지독하게 약하다"라고까지 말했을 정도죠.

 

빋기 어려우시다구요? 지금 당장 눈앞에 보이는 물건을 하나 들어보세요.

 

여러분들은 지금 지구 전체에 적용되고 있는 중력을 아주 간단하게 이겨냈습니다.

 

이처럼 중력은 너무나도 약해서 과학자들은 왜 이렇게 중력이 약한 건지 항상 궁금했습니다.

 

뿐만 아니라, 높은 에너지 상태에서 전자기력과 약력은 하나로 합쳐질 수 있습니다.(전기약력, electroweak)

 

그리고 이보다 더욱 높은 에너지에서는 강력도 통일될 수 있다는 증거도 가지고 있습니다.

 

하지만 중력은 불가능합니다.

 

최근에 과학자들은 매우 높은 에너지 환경에서 중력도 다른 힘들과 함쳐질 수 있다는 가설을 만들었는데요.

 

문제는 이 가설을 실험하기 위해 필요 에너지가 너무 높다는 겁니다. 무려 우리 은하만한 입자 가속기를 가져다 놔도 불가능하죠.

 

중력이 이토록 약한 이유는 과연 무엇일까요?

 

몇몇 과학자들은 우리가 속해 있는 이 세상 이외에도 다른 세상이 더 많이 존재하기 때문이라고 말합니다.

 

즉, 3차원을 넘어 더욱 많은 차원들이 이 세상에 존재하고 있다는 겁니다.

 

다른 힘들과 달리 중력은, 차원 사이를 넘나들며 자유롭게 이동할 수 있을 것으로 생각되고 있습니다.

 

그래서 중력은 실제로 매우 강하지만, 여러 차원에 의해 힘이 희석되어 훨씬 더 약했졌다는 겁니다.

 

즉, 원래의 중력을 끌어낼 수 있다면, 훨씬 낮은 에너지에서도 다른 힘들과 통합될 수 있다는 겁니다.

 

이 말은, 중력이 다른 힘들과 통합하기 위해서 은하만한 입자 가속기까지 필요없다는 말이 됩니다.

 

어쩌면 27km 길이의 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider)라면 충분히 이것이 가능할 지도 모릅니다.

 

LHC를 이용해 가장 먼저 해야 할일은 숨겨진 차원을 찾아내는 일입니다.

 

과연 어떻게 숨겨진 차원을 찾아낼 수 있을까요?

 

이를 위한 한 가지 방법으로 LHC를 이용해 미새한 블랙홀을 만들어내는 겁니다.

 

다수의 차원때문에 중력이 약해지고 있는 것이라면, 반대로 아주 짧은 소립자 단위의 거리에서는 원래의 강한 중력이 발생 될 수 있습니다.

 

LHC를 이용해 원래 중력이 가지고 있던 강한 힘을 끌어내면 미세한 블랙홀을 만들어 낼 수 있을 겁니다.

 

하지만 우리는 이미 LHC를 이용해 여러 차례의 실험을 진행했지만, 단 한 번도 미세 블랙홀을 발견한 적이 없습니다.

 

역시 중력은 원래부터 그냥 약했던 것일까요?

 

이에 대해 과학자들은 우리가 중요한 무언가를 놓치고 있을 가능성이 있다고 지적합니다.

(PHYSICAL REVIEW D 20201118 - journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.102.095020)

 

과학자들은 시뮬레이션을 통해 분명히 미세 블랙홀이 생성될 수 있다는 결과를 얻을 수 있었습니다.

 

또한 차원의 수에 따라 만들어지는 미세 블랙홀의 수도 달라진다는 점까지 발견했죠.

 

그래서 과학자들은 LHC를 이용한 미세 블랙홀에 대안 연구를 계속 진행해야 한다고 제안합니다.

 

최소한 이번 결과를 제대로 검증할 때까지 운영 시간이라도 늘려서 실험을 계속 해봐야 한다는 거죠.

 

이를 통해 만약 미세 블랙홀이 발견된다면, 우리는 차원과 중력에 대한 우리의 이해를 넘어 궁극적으로 통일장 이론까지 완성할 수 있게 될 겁니다.

 

어쩌면 LHC 만이 유일한 열쇠일 수 있습니다.

 

 

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