CERN의 가속기 역사 50년

 

 

지금 세계 가속기중 최고 에너지 기록을 갖고 있는 LHC(Large Hadron Collider)는 유럽 연합의 CERN에 있습니다. CERN은 European Organization for Nuclear Research를 의미하는 데 세계 최대의 입자 물리 연구소로 인정받고 있습니다. CERN은 프랑스어인 Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire의 약자입니다. 입자물리 연구소인데 이름에는 왜 Nuclear가 들어있을까요? 이는 설립 당시의 상황에서 유래합니다. CERN이 설립된 해는 1954년으로 유럽의 12개국이 1952년 합의한 안건에서 출발합니다. 연이은 핵발전소 사고로 인해 "핵"이라는 단어가 들어간 사업이나 연구는 지원받기가 힘들어진 현재와는 달리 1950년대에는 핵폭탄과 핵발전소로 인해 "핵"이라는 단어가 들어가야 지원받기가 쉬웠습니다. 이것이 입자물리 연구소인 CERN에 Nuclear라는 단어가 들어가게 된 이유입니다. 그리고 1959년 PS(Proton Synchrotron)가 완공되어 CERN의 첫 번째 가속기 실험이 시작됩니다. 따라서 LHC가 가동된 해인 2009년은 CERN 가속기 실험이 50주년이 되는 해였습니다. 이를 기념하기 위한 심포지엄인

 

From the Proton Synchroton to the Large Hadron Collider - 50 Years of Nobel Memories in High-Energy Physics

 

가 2009년 12월 3일과 4일 CERN에서 열렸습니다. 여기에 가면 발표자료를 볼 수 있습니다.

CERN은 현재 20개국이 회원으로 있으며 6개 나라와 2개 국제 기구가 옵저버 자격 으로 참여하고 있습니다. 그 외 수십 개 나라가 비회원국으로 CERN의 사업에 참여하고 있습니다. 우리나라는 이 나라 중 가장 늦은 2006년부터 비회원국으로 참여하고 있는데 곧 옵저버로 올라갈 가능성이 높습니다. CERN의 20개 회원국중 가장 많이 예산에 기여하는 나라는 독일입니다. 약 20% 가까운 예산을 책임지고 있습니다. 그리고 그 뒤를 프랑스, 영국, 이태리가 따르고 있습니다. 2009년 회원국들로 부터 모은 예산은 약 7억 3천만 유로 (약 1조 4천억원 정도?) 입니다. CERN 회원국의 변화는 이렇습니다.

 

설립당시 회원국: 벨기에, 덴마크, 프랑스, 서독, 그리스, 이태리, 네델란드, 노르웨이, 스웨덴, 스위스, 영국, 유고슬라비아 (총 12 개 국가)

1959년: 오스트리아 가입 (총 13 개국)

1961년: 유고슬라비아 탈퇴 (총 12 개국)

1961년: 스페인 합류 (총 13 개국)

1969년: 스페인 탈퇴 (총 12 개국)

1983년: 스페인 재합류 (총 13 개국)

1985년: 포르투갈 합류 (총 14 개국)

1991년: 핀란드, 폴란드 합류 (총 16 개국)

1992년: 헝가리 합류 (총 17 개국)

1993년: 체코, 슬로바키아 합류 (총 19 개국)

1999년: 불가리아 합류 (총 20 개국)

 

옵저버 국가: 터키 (1961년 부터), 이스라엘 (1991년 부터), 러시아 (1993년 부터), 일본 (1995년 부터), 미국 (1997년 부터), 인도 (2002년 부터)

옵저버 기구: 유네스코 (1954년 부터), EC (European Commision, 1985년 부터)

 

비회원국중 회원국이 될 가능성이 있는 나라: 루마니아, 세르비아

비회원국중 옵저버가 될 가능성이 있는 나라: 파키스탄, 한국

 

마지막으로 40년 전에 나왔던 노래를 소개합니다. 가사를 알고 싶거나 자세한 내용이 필요하시면 (예: 왜 코끼리 그림이 나올까 등) 여기를 클릭하십시오.

 

 

이 노래는 우리나라에도 소개 되었습니다.

 

유럽 핵물리학의 장기 연구 계획

 

이번에는 유럽 핵물리학계의 장기 연구 계획을 소개합니다. 이 보고서는 2004년 발간된 것으로 미국의 보고서보다는 약 4년 먼저 나온 것입니다. 유럽은 미국과 함께 과학 분야를 선도하는데 미국과의 차이는 한 국가가 아니라 여러 나라가 연합하여 계획을 작성합니다. 이 보고서 또한 핵물리학 유럽 공동 연구 위원회 (NuPECC, Nuclear Physics European Collaboration Committee)의 이름으로 발간되었습니다. 유럽과 미국의 보고서는 비슷한 구도로 되어있고 다루는 내용도 비슷합니다. 페이지수도 183쪽과 184쪽으로  한 페이지밖에 차이나지 않습니다. 미국의 보고서는 장기 연구를 크게 네 가지로 잡은 반면 유럽은 다섯 가지를 잡았습니다. 내용은 비슷한데 유럽의 보고서는 (1) 양자색역학(QCD), (2) 핵물질의 상 (phase), (3) 핵의 구조, (4) 우주에서의 핵물리, (5) 근본 힘과 응용, 이 다섯 가지를 주요 분야로 택했습니다. 그 동안 이루어진 연구 성과로는 당연히 유럽에서 수행된 실험과 이론 연구를 위주로 소개합니다. 그리고 유럽각국의 연구소와 주연구과제를 설명하고 결론으로 몇 가지 제안을 합니다. 유럽의 연구소들은 다음에 소개하고 먼저 이 보고서의 몇 부분만을 간추렸습니다.

 

(일반적인 추천사항)

NuPECC는 현존하는 경쟁력이 있는 렙톤, 양성자, 안정된 동위원소, 방사성 이온 빔의 장치를 이용한 연구를 완전히 개발하기를 추천한다.

이는 중요한 물리적 발견 외에도 장래의 빔 생성과 검출기를 위한 R&D가 될 것이며 차세대 물리학자들을 위한 교육이 될 것이다.

LHC의 완공에 맞추어 ALICE 검출기를 제 떼에 빨리 완성하기를 추천한다.

LHC의 중이온 프로그램에서 쿼크-글루온 플라즈마의 연구는 ALICE에 의해 실행된다. 이는 저번 장기 계획에서 최우선 순위로 추천한 항목이다.

 

현존하거나 혹은 장래의 실험으로 부터 제기될 근본 문제를 다룰 이론 분야의 발전을 위해 각국의 이론 그룹을 강화시켜야한다.

이탈리아 트렌토에 위치한 ECT* 센터가 핵물리 이론의 발전에 지대한 공헌을 해왔다. 특히 핵물리와 강입자 물리의 결합에 큰 공헌을 하였고 이 센터에 대한 지원은 계속되고 확대되어야한다. 하지만 지난 10년간 각 대학교에서는 이론 분야의 지원이 충분하지 않았다. 이 장기계획에서 제시하는 목적 달성을 위해서는 활발하고 즉각적인 지원이 필요하다.

 

일반 대중을 상대로 한 핵물리 교양교육을 강화해야한다.

(이것에 대해서는 다 이상 설명할 필요가 없을 듯합니다.)

 

(세부적인 추천사항)

독일 담쉬타트의 GSI 연구소에 지어질 국제 프로젝트인 FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research)의 건설을 최우선으로 할 것을 추천한다.

이 새로운 국제 공동 장치는 핵물리의 여러 세부 분야의 연구에 새로운 기회를 줄 것이다. IFF (In-Flight Fragmentation)을 사용하는 이 가속기는 미국이나 일본에서 계획중이거나 건설 중인 가속기보다 더 나은 성능을 가지고 있다. 낮은 에너지부터 높은 에너지 그리고 새로운 스토리지 링 등으로 무장한 이 가속기는 핵구조와 천체핵물리에서 세계를 선도하는 연구소가 될 것이다. 특히 안정된 부분에서 멀리 떨어진 오직 짧은 시간에만 존재하는 이상한(exotic) 원자핵을 다루는 연구에서 세계적 선도연구소가 될 것이다. 그리고 고에너지 고강도의 중이온 빔은 농축된 중입자 물질을 연구하는데 새로운 방법을 제시할 것이다. 고에너지 스토리지 링 (HESR, High Energy Storage Ring) 의 양질의 반양성자 빔은 계획 중인 검출기 PANDA와 함께 QCD에 의해 예측된 새로운 강입자 상태를 찾는 기회를 줄 것이다.

 

EURISOL의 건설에 GSI 다음의 최우선권을 주도록 추천한다.

방사성 빔을 만드는 ISOL (Isotope Separation On-Line) 방식은 IFF 방식을 보완하는 방식이다. 제 1세대 ISOL 방식의 가속기는 첫 번째 결과를 내기 시작했고 그 가능성을 충분히 보여주었다. 차세대 ISOL 방식의 방사능 이온 빔 (RIB, Radioactive Ion Beam)을 생산할 EURISOL (EUropean ISOL)은, 2013년 이후, 현존의 가속기보다 강도나 빔 종류에 있어 10배 이상의 능력을 갖는다. EURISOL의 건설 시간표로 인해 생기는 제1세대 ISOL과 EURISOL의 갭을 메꾸기위해 제2세대 ISOL 의 건설을 촉구한다. 이는 현재 계획중이거나 건설 중인 가속기로 프랑스 GANIL의 SPIRAL2, 이태리 LNL의 SPES, 스위스 CERN의 REX-ISOLDE 업그레이드와 독일 뮌헨의 MAFF등이다.

 

이태리 그란 사소 (Gran Sasso)의 지하 실험실에 고효율의 Ge 검출기를 갖춘 고 전류의 가벼운 이온 빔을 위한 5MV 가속기 설치에 우선권을 주도록 추천한다.

이는 현재 그란 사소에 있는 세계적으로 드문 시설의 늠력을 향상시키고 천체물리에서 중요한 반응을 실험실에서 연구할 기회를 제공한다.

 

수 GeV의 렙톤 충돌 실험은 아주 흥미롭고 중요하다. 이는 강입자의 구조와 QCD를 다양하게 테스트할 수 있게한다. 따라서 이 분야의 연구를 전 세계의 기존 또는 계획 중인 가속기를 이용해 국제 협력을 통해 강화해야한다.

 

AGATA의 건설과 이를 위한 R&D를 활발히 할 것을 촉구한다.

기존의 그리고 미래의 가속기를 환전하고 효과적으로 이용하기 위해서는 장비와 검출기의 성능 향상이 반드시 필요하다. 감마선 검출과 추적을 위한 고성능의 Ge-검출기인 AGATA 프로젝트는 유럽의 여러 연구소에서 진행 중인 핵과학의 여러 분야의 연구에 큰 도움이 될 것이다.

<NuPECC에 참여하고 있는 유럽의 국가들, 이미지 출처: www.nupecc.org>