가장 희귀한 입자 변환들 중 하나를 물리학자들이 최초로 희미하게 감지했다. 그것은 바로 B중간자(Bs meson)가 뮤온과 그 반입자로 붕괴하는 과정이다. 하지만, 이번 관찰은 축하받지 못할지도 모른다. 그 이유는 기본 입자들과 힘들에 관해서 절실히 필요로 하는 새로운 이론의 유력한 후보들 몇 가지가 이번 관찰 때문에 꼬이게 되었기 때문이다.

현재의 주류 이론인 입자물리학의 표준모형에서는 이 붕괴가 극도로 희귀하다고 예측하고 있으며, 사실임이 판명되고 있다. 그러나 표준모형의 확장에 대한 탐색은 입자물리학에서 가장 중요한 일들 중 하나이다. 이 이론은 알려져 있는 대부분의 입자들과 힘들을 설명하지만, 암흑물질이나 중력에 관해서는 아무것도 이야기하고 있지 않으므로 불완전한 것임에 틀림없다. 그러한 확장의 한 가지가 바로 초대칭(supersymmetry), 즉 SUSY이다. 이론들의 집합인 SUSY에는 암흑물질도 포함되며, 모든 기본입자들이 무거운 ‘초(super)’ 짝을 갖고 있다고 예측되고 있다. 많은 SUSY 모형들은 B중간자가 뮤온 짝으로 붕괴되는 과정이 표준모형에서 주어지는 비율보다 훨씬 더 흔할 것이라고 예측하고 있으며, 이러한 변환에 대한 탐색이 SUSY를 시험하는 한 가지 방법이다.

스위스 제네바 근교의 CERN에 있는 LHC(Large Hadron Collider)와 지금은 퇴역한 일리노이 주 바타비아 소재 페르미연구소(Fermilab)에 있는 테바트론(Tevatron) 가속기에서 나온 이전의 결과들은 모두 다 표준모형에 의해 예측된 값에 가까운 범위 이내로 붕괴비율을 제한했다. 그러나 그러한 제한은 SUSY 변종이나 더 낮은 비율을 예측하는 다른 특이한 이론들과 같은 다른 이론들을 배제할 만큼 충분히 엄밀하지 못했다. 그러한 상황은 11월 12일 아침에 바뀌었다. 마침내 그러한 이론들이 예측한 비율을 배제하기에 충분한 데이터를 축적했다고 LHCb 실험의 요하네스 알브레흐트(Johannes Albrecht)가 일본 도쿄에서 열린 LHC 심포지엄에서 말했기 때문이다. LHCb는 붕괴비율을 B중간자 3억 개마다 하나로 설정했다. 이것은 표준모형과 비슷하게 일치하는 것이다.

불쾌한 것은 이러한 비율도 허용하는 변종 SUSY가 존재하기 때문에 그러한 결과는 SUSY를 확인하지도 그렇다고 반증하지도 않는다는 것이다. “이러한 측정으로 SUSY에서 허용되는 매개변수 공간이 더 축소되는 것은 맞지만, 불행히도 SUSY를 완전히 배제하지는 못한다”고 알브레흐트는 말했다. 하지만, 이번 결과는 확실히 SUSY의 선택범위를 줄인다. “이 결과는 실제로 새로운 물리학에 대한 여지를 많이 배제하고 있다. 이론가들을 매우 당혹스럽게 만들 것”이라고 또 다른 LHCb 연구원인 영국 케임브리지대(University of Cambridge)의 발 깁슨(Val Gibson)은 말했다. 또 다른 LHC 실험인 CMS에 종사하고 있는 알베르 데 로에스(Albert De Roeck)는 긍정적으로 보고 있다. “SUSY 공간은 방대하므로, 줄어든 것은 당연히 도움이 된다”고 그는 말했다.

하지만 SUSY의 증거가 없다는 것은 실망스럽다고 그는 인정했다. “우리가 기대했던 명백하고 확실한 증거는 없다. 대부분의 사람들은 아마도 이러한 결과를 예상하고 있었겠지만, 또한 그렇지 않을 것이라고도 예상했다”고 그는 말했다. 현재 CMS 팀은 B중간자의 붕괴를 독자적으로 측정하는 연구를 하고 있으며 두 달 내로 LHCb의 붕괴비율을 확인할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이번 주말에 같은 학술회의에서 힉스 보손의 진정한 특성에 관한 연구결과가 기대되고 있다. 이 입자는 7월에 발견되었지만, 표준모형의 예측에 어느 정도 맞는지는 여전히 의문이다. 힉스와 관련된 새로운 물리학에 대한 여지도 빠르게 닫히고 있지만, 새로운 이론으로 이끌지도 모르는 다소 놀라운 특성들을 힉스가 가질 것이라고 많은 이론가들은 기대하고 있다.

* 그림 : 뮤온과 그 반입자