다중 우주 물리학 퍼즐 풀기

힉스 입자의 발견은 물리학의 역사에서 획기적인 사건이었다. 그것은 질량을 가진 소립자가 질량을 얻는 방법을 설명했다. 그것은 또한 입자의 속성을 자세히 측정하고 우주의 본질에 대해 밝혀낼 수 있는 것을 찾는 시대의 시작을 표시했다.

그러한 특성 중 하나는 입자의 질량으로, 125GeV에서는 놀라울 정도로 작다. 이 작은 질량을 설명하기 위해 많은 이론이 제시되었지만 아직까지 데이터로 확인된 것은 없다. Physical Review Letters에 발표된 논문에서 CEA의 Raffaele Tito D’Agnolo와 CERN의 Daniele Teresi는 힉스 입자의 가벼움과 또 다른 기본적인 물리학 퍼즐을 설명하는 새로운 이론을 제안했다.

넓은 범위에서 이들의 이론은 다음과 같이 작동한다. 초기 순간에 우주는 힉스 질량의 값이 서로 다른 많은 우주의 집합체였으며 이러한 우주들 중 일부에서는 힉스 입자가 가볍다. 이 다중우주 모델에서 힉스 입자가 무거운 우주는 매우 짧은 시간에 큰 위기로 붕괴되지만, 입자가 가벼운 우주는 이 붕괴에서 살아남았다. 우리의 현재 우주는 살아남은 가벼운-힉스(light-Higgs) 우주 중 하나가 될 것이다.

표준 모델에서 예측한 알려진 입자 외에 두 개의 새로운 입자를 포함하는 모델은 쿼크를 양성자와 중성자로, 양성자와 중성자를 원자로 묶는 강한 핵력의 수수께끼 대칭 특성을 설명할 수도 있다.

양자 색역학(quantum chromodynamics)으로 알려진 강한 힘의 이론은 CP 대칭이라고 하는 기본 대칭의 강한 상호 작용에서 가능한 붕괴를 예측하지만 이러한 붕괴는 실험에서 관찰되지 않았다. D’Agnolo와 Teresi의 모델에 있는 새로운 입자 중 하나는 이 강력한 CP 문제를 해결할 수 있어 강한 상호작용을 CP 대칭으로 만든다. 더욱이, 동일한 새로운 입자는 우주에서 물질의 대부분을 구성하는 것으로 생각되는 암흑 물질을 설명할 수도 있다.

물론 판단자들은 새로운 모델이나 힉스 입자의 질량이나 강한 CP 문제를 설명하기 위해 제안된 다른 많은 모델이 낳을지 여부에 대해 결정을 내렸다.

Teresi는 “각 모델에는 장점과 제한 사항이 있다. 우리 모델은 단순하고 일반적이며 관련이 없어 보이는 두 가지 퍼즐을 한 번에 해결하기 때문에 두드러진다. 그리고 중성자와 기타 강자에서 암흑 물질 또는 전기 쌍극자 모멘트를 찾는 것을 목표로 하는 실험 데이터의 독특한 특징을 예측한다”고 설명했다.

힉스 질량을 설명하기 위한 최근의 다른 이론적 제안으로는 양자 우주론의 새로운 현상인 느슨한 장(relaxation field) 모델, 이기적인 힉스(selfish Higss) 모델 등이 있다. 더 오래되고 더 전통적인 이론은 복합 입자가 되는 힉스 입자 또는 초대칭(supersymmetry)이라는 새로운 유형의 대칭을 기반으로 한다. 어떤 모델이 성공할지는 시간과 데이터만이 알 수 있다.