일본산업뉴스요약

고에너지기구, 차세대가속기 완성
노벨상 기대, 우주의 수수께끼 해명

일본에서 또 노벨상 수상자가 탄생할까? 고(高)에너지가속기연구기구가 이바라키현 쓰쿠바시에 건설 중인 차세대충돌형가속기(Super KEKB)가 거의 완성되어, 드디어 이번 가을부터 충돌실험을 시작한다. 전신인 KEKB가속기를 약 7년에 걸쳐 증강하여 충돌성능(Luminosity)을 최종적으로 40배까지 높였다. 세계 최고의 충돌데이터 양을 자랑하는 이 최신예 가속기로 우주 시작의 새로운 수수께끼 해명에 도전한다.

-- 무게 1,400톤 --
4월 중순에 Super KEKB 건설에 있어서 최대 고비인「BelleⅡ」측정기의 이동 작업을 완료하였다. 각종 검출기를 포함하고 있는 BelleⅡ는 길이 8m, 무게 약 1,400톤의 거대 측정기다. 이 장치를 건설현장에서 가속기 내부의 빔 충돌점으로 이동하였다.

지금까지 BelleⅡ 측정기와 가속기는 따로 건설하였지만, 양자를 합체하여 충돌 데이터를 수집하기 위한 준비가 정비되었다. 현재는 0.5mm의 정밀도로 정확한 위치를 잡는다. 고에너지기구의 야마우치(山内) 대표는「세계 최고의 성능을 갖는 가속기가 실현되면, 지금까지 알려지지 않았던 보편적인 진실이 밝혀질 것이다」라고 기대감을 나타낸다.

KEKB는 2010년에 약 10년간의 가동을 끝내고, Super KEKB로 쇄신하기 위한 개수 공사에 착수하였다. 전자석이나 빔 파이프 등의 부품을 대폭으로 교체하여, 2016년 2월에 Super KEKB로서 시운전을 시작하였다. BelleⅡ 측정기의 설치가 완료되면, 2017년 11월에는 충돌 실험에 착수하여 데이터 수집을 시작할 예정이다. 서서히 성능을 높여 2018년 말 무렵에 본격적인 운행을 시작한다.

-- 더욱 향상된 성능 --
KEKB는 2001년에 고에너지기구의 고바야시(小林) 특별 명예교수와 나고야대학의 마스카와(益川) 특별교수가 제창한『고바야시∙마스카와 이론』이 예언한「CP대칭성의 파괴」를 실증하였다. 실험을 통해 이론을 뒷받침하여 결국 2008년에 고바야시와 마스카와 교수에게 노벨 물리학상을 안겨주었다. KEKB는 당시에도 “세계 최고의 Luminosity”였지만, Super KEKB는 이를 더욱 웃도는 성능이다.

그렇다면 2012년에 질량의 기원인「힉스입자(Higgs particle)」로, 2013년 노벨 물리학상에 공헌한 유럽 원자핵연구기구(CERN)의 대형 하드론 충돌형 가속기(LHC)와는 어떻게 다른가? LHC의 경우는 13테라전자볼트(테라는 1조)의 세계 최고 에너지로 양자와 양자를 충돌시켜, 우주탄생 후의 상태를 재현한다.

충돌성능 40배, 세계 최고를 갱신
이번 가을에 실험 개시, 20개국 700명 참가

이에 대해 Super KEKB는 전자와 양전자를 충돌시켜, LHC와 마찬가지로 우주의 초기 상태를 만든다. 에너지는 약 10기가전자볼트(기가는 10억)로 작지만, Luminosity는 LHC의 약 80배다.「비유하자면 LHC는 콩떡과 콩떡을 충돌시키는 것과 같이 쓸데없는 것까지 충돌시켜 버린다. 반면, Super KEKB는 순수하게 콩과 콩을 충돌시키므로 깨끗한 반응을 일으킬 수 있다」(고에너지기구).

-- 암흑물질 발견도 --
Luminosity를 추구하여, 전신인 KEKB보다도 50배에 달하는 충돌 데이터를 축적하여, 실험의 정밀도를 더욱 높인다. 그것을 통해 목표로 하는 것은, 우주의 초기에는 존재했을「반물질」이 사라진 이유나, 소입자의 표준이론으로는 설명할 수 없는 미지의 입자를 발견하는 것이다. 표준이론에서 유의미한 “불일치”가 발견된다면, 새로운 물리법칙을 찾기 위한 중요한 수단이 될 것이다.

「이론이 예상하지 못하는 미지의 물질을 발견하는 것이 꿈이다. 노벨상 수상에 꼭 공헌하고 싶다」고 고에너지기구의 소입자원자핵연구소의 아다치(足立) 교수는 말한다. 우주 질량의 대부분을 차지한다고 하는, 암흑물질(Dark Matter)의 후보가 발견될 것이라는 기대도 있다.

거대 설비인 가속기의 건설에는 기업도 깊게 관여한다. 빔의 범위를 좁히기 위해 충돌점 부근에 설치하는 초전도자석은 미쓰비시전기가 개발하였으며, 광센서는 Hamamatsu Photonics가 제작하였다. 십 수 년에 미치는 프로젝트에 참여하는 것은, 기술개발의 가속화나 기술자 육성으로 이어지기 때문에 기업의 의식은 높다.

또한 Super KEKB 실험에는 20개국 이상의 나라와 지역으로부터 700명 이상의 연구자가 참가한다. 일본은 고에너지기구 이외에 나고야대학, 도호쿠대학 등 많은 대학과 기관이 협력한다.

일본에서는 현재, 도호쿠 지역에 International Linear Collider(ILC)를 유치한다는 계획안 검토가 추진되고 있다. 세계의 리더로서 국제공동실험을 지휘하는 고에너지기구의 수완이 시험대에 올랐다.

  -- 끝 --