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지금까지 인류가 만든 가장 위대한 과학 장비 중 하나는
입자 가속기입니다.
그야말로 웅장한 물건이죠.
지금까지 만들어진 입자 가속기 중 가장 큰 것은
LHC라고 불리는 대형 강입자 충돌 가속기인데,
둘레가 28킬로미터나 되는 고리 모양입니다.
이것은 맨하탄의 전체 길이보다 더 깁니다.
그럼 입자 가속기는 무엇일까요?
그것은 원자핵을 엄청나게 높은 에너지에서 서로 충돌시키는
장치입니다.
과학자들이 만든 것 중 가장 강력한 입자 가속기는
역사상 가장 뜨거운 온도로 물체를 가열할 수 있습니다.
우주가 탄생한 후, 1조분의 1초의 순간에
마지막으로 나타났던 온도이죠.
우리의 가속 장치는 최고 공학의 집약체입니다.
LHC의 빔을 포함하는 구역은 진공 상태인데,
국제 우주 정거장을 둘러싼 대기압보다
압력이 낮습니다.
온도는 화씨 영하 456도로,
우주의 제일 깊은 곳보다 차가운 온도입니다.
LHC 터널에 있는 이전의 가속기는
세상에서 가장 빠른 속도를 기록했습니다.
이 가속기는 전자를 엄청난 속도로 가속하여
만약에 광자와 달리기 경주를 했다면,
광자가 약10피트를 앞서는데
14분이나 걸립니다.
이것이 인상적이지 않다면,
광자는 초당 약 297,600킬로미터로 달리며
우주에서 가장 빠르다는 것을 기억하세요.
그렇다면 원자 구성 입자 가속기는 어떻게 작동할까요?
여기에는 전기장를 사용합니다.
전기장은 중력이 떨어지는 야구공을 당기는 것과 같은 방법으로
입자들이 일정한 방향으로 움직이게 합니다.
전기장의 힘이
입자를 잡아 당기는 것이죠.
하전 입자가 엄청난 속도로 움직일 때까지
속도는 계속해서 빨라집니다.
두 금속판을 전지에 연결하면
간단한 가속기가 만들어질 수 있습니다.
전지가 주는 전기적 에너지가
두개의 금속판을 움직이게 해서
입자를 끌어 당기는 전기장을 만듭니다.
이것이 전부입니다.
이것이 입자 가속기입니다.
하지만 문제는 이런 방식으로 만들어진 가속기는 힘이 매우 약합니다.
LHC같은 현대적인 가속기를 이런 방식으로 만들려면
보통의 D형 전지 5조개 이상이 필요합니다.
그래서 과학자들은 더 강력한 전지를 이용해서
서로 연결했습니다.
예전에 이런 방식으로 가속기를 만들었는데,
길이가 1.6킬로미터나 되고
300억개의 전지에 맞먹었습니다.
하지만 5조개의 전지에 상응하는
가속기를 만들려면
약 240 킬로미터의 거리가 필요합니다.
과학자들은 또다른 방법이 필요했습니다.
전기장이 입자를 가속할 때,
자기장은 입자를 원모양으로 순환시킵니다.
그 원을 따라 전기장을 만들면
그렇게 많은 양의 전기장을 사용할 필요가 없겠죠.
왜냐하면 한 개의 자기장을 계속해서 사용할 수 있기 때문이죠.
빔은 원 모양의 입자 가속기 안을 돌면서
전기장을 지나칠 때마다 에너지가 증가됩니다.
엄청난 에너지를 만들어 내는 가속기에는
원의 중간중간마다 몇 개의 자기장을 놓습니다.
길게 늘어진 전자석과 연결해서
입자를 원모양으로 순환시키게 합니다.
전자석의 힘과
순환로의 반경이
빔의 최대 에너지를 결정합니다.
진짜 재미는
빔이 엄청난 속도를 낼 때 일어납니다.
바로 충돌이죠.
물리학자들이 입자를
그렇게 빠른 속도로 움직이려는 것은
입자들을 서로 충돌시키기 위해서입니다.
이러한 충돌 현상들은 우리한테
물체를 지배하는 기본적인 규칙들을 알려줍니다.
하지만 입자 가속기라는 공학의 위업이 없었다면
그런 원리들을 아는 것은 불가능했을 것입니다.