Could we create dark matter? - Rolf Landua

번역: Hyein Jin 검토: Jihyeon J. Kim

85% of the matter in our universe is a mystery.

우리 우주의 85%의 물질은 수수께끼입니다.

We don't know what it's made of, which is why we call it dark matter.

그것이 무엇으로 되어있는지 몰라서 암흑 물질이라고 부릅니다.

하지만 인력을 관측할 수 있기 때문에 존재한다는 것을 압니다.

But we know it's out there because we can observe its gravitational attraction

on galaxies and other celestial objects.

은하들과 다른 천체들에 작용하죠.

We've yet to directly observe dark matter,

아직 직접적으로 암흑물질을 관찰한 적은 없지만,

but scientists theorize that we may actually be able to create it

과학자들은 이론상 그것을 만들 수 있을 거라고 합니다.

in the most powerful particle collider in the world.

세상에서 가장 강력한 입자 가속기 안에서요.

That's the 27 kilometer-long Large Hadron Collider, or LHC,

그건 바로 스위스 제네바에 있는 27km 길이의 대형 강입자 충돌기(LHC)입니다.

in Geneva, Switzerland.

So how would that work?

그렇다면 그것은 어떻게 작동할까요?

In the LHC, two proton beams move in opposite directions

LHC안에서, 두 개의 양성자 빔들이 반대 반향으로 움직이고

and are accelerated to near the speed of light.

광속에 가까운 속도로 가속됩니다.

At four collision points, the beams cross and protons smash into each other.

네 개의 충돌점에서, 빔들은 교차하고 양성자들은 서로 충돌합니다.

Protons are made of much smaller components called quarks and gluons

양성자들은 쿼크와 글루온이라는 훨씬 더 작은 구성요소로 되어 있습니다.

In most ordinary collisions, the two protons pass through each other

대부분 보통의 충돌에서는 두 개의 양자는 서로를 통과합니다.

without any significant outcome.

어떠한 의미있는 결과도 없죠.

However, in about one in a million collisions,

하지만 백만 번의 충돌 중 한 번꼴로

two components hit each other so violently,

두 개의 구성요소들이 매우 거칠게 서로를 강타해서

that most of the collision energy is set free

대부분의 충돌 에너지가 방출됩니다.

producing thousands of new particles.

수천 개의 새로운 입자들을 만들어내죠.

It's only in these collisions that very massive particles,

오직 이 충돌에 의해서 매우 큰 입자들, 즉

like the theorized dark matter, can be produced.

이론상 암흑물질이라는 입자들이 생산될 수 있습니다.

The collision points are surrounded by detectors

충돌점들은 탐지기들로 둘러싸여 있고

containing about 100 million sensors.

1억 개의 센서를 가지고 있습니다.

Like huge three-dimensional cameras,

마치 매우 큰 삼차원 카메라처럼

they gather information on those new particles,

그들은 새로운 입자들에 대한 정보를 모읍니다.

including their trajectory,

그리고 궤도,

electrical charge,

전하,

and energy.

그리고 에너지를 포함합니다.

Once processed, the computers can depict a collision as an image.

한번 처리되고 나면, 컴퓨터는 충돌을 하나의 이미지로 묘사할 수 있습니다.

Each line is the path of a different particle,

각각의 선은 다른 입자들의 경로이고

and different types of particles are color-coded.

다른 타입의 입자들은 색 코딩됩니다.

Data from the detectors allows scientists to determine

탐지기로부터의 데이터는 과학자들이

what each of these particles is,

각각의 입자들이 무엇인지 결정합니다.

things like photons and electrons.

광자와 전자 같은 것이죠.

Now, the detectors take snapshots of about a billion of these collisions per second

이제 이 탐지기들은 초당 약 십억 장의 충돌 사진을 찍습니다.

to find signs of extremely rare massive particles.

극도로 드문 거대한 입자의 신호를 찾기 위해서죠.

To add to the difficulty,

여기에 또 다른 어려움은

the particles we're looking for may be unstable

우리가 찾고 있는 입자들이 불안정할 수 있고

and decay into more familiar particles before reaching the sensors.

센서에 닿기도 전에 더 친숙한 입자들로 분해된다는 겁니다.

Take, for example, the Higgs boson,

힉스 입자를 예로 들어보면,

a long-theorized particle that wasn't observed until 2012.

그것은 2012년까지는 관찰되지 않았던 이론화된 입자인데

The odds of a given collision producing a Higgs boson are about one in 10 billion,

힉스 입자를 생산하는 충돌의 확률은 100억분의 1꼴이고

and it only lasts for a tiny fraction of a second

분해되기 전에 그것은 아주 잠깐 동안만 지속됩니다.

before decaying.

But scientists developed theoretical models to tell them what to look for.

하지만 과학자들은 뭘 찾아야 할지 알려줄 이론적 모델을 구축했습니다.

For the Higgs, they thought it would sometimes decay into two photons.

힉스입자의 경우 그들은 그것이 가끔 두 개의 양성자로 나뉠 거라고 생각했습니다.

So they first examined only the high-energy events

그래서 그들은 첫 번째로 오직 고에너지 사건들만을 조사했습니다.

that included two photons.

두 개의 양성자를 포함하죠.

But there's a problem here.

하지만 여기에 문제가 있습니다.

There are innumerable particle interactions

수많은 입자 상호작용들이 존재하고

that can produce two random photons.

그 상호작용들은 두 개의 임의의 양성자를 생산할 수 있습니다.

So how do you separate out the Higgs from everything else?

그렇다면 어떻게 모든 것에서 힉스입자를 구분할까요?

The answer is mass.

그 답은 무게에 있습니다.

The information gathered by the detectors allows the scientists to go a step back

탐지기에 의해 모여있던 정보들은 과학자들이 한 걸음 물러나게 하고

and determine the mass of whatever it was that produced two photons.

두 개의 양성자를 생산하는 모든 것의 무게를 결정합니다.

They put that mass value into a graph

그들은 그 무게를 그래프로 나타내고

and then repeat the process for all events with two photons.

두개의 양성자를 가진 모든 경우에 대해 그 과정을 반복합니다.

The vast majority of these events are just random photon observations,

이 상황들의 대부분은 그저 임의의 양자들의 관찰이고

what scientists call background events.

이는 과학자들에 의해 바탕 사건이라고 불립니다.

But when a Higgs boson is produced and decays into two photons,

하지만 힉스 입자가 생산되고 두 개의 양자로 쪼개질 때

the mass always comes out to be the same.

그 무게는 항상 같은 값으로 나옵니다.

Therefore, the tell-tale sign of the Higgs boson

그러므로 힉스 입자의 숨길 수 없는 조짐은

would be a little bump sitting on top of the background.

배경의 꼭데기에 있는 작은 충돌일 겁니다.

It takes billions of observations before a bump like this can appear,

이와 같은 충돌이 일어나려면 수십억 번의 관찰이 필요하고

and it's only considered a meaningful result

그것은 오직 의미있는 결과로 여겨집니다.

if that bump becomes significantly higher than the background.

만약 그 충돌이 명백히 배경보다 높다면요.

In the case of the Higgs boson,

힉스 입자의 경우,

the scientists at the LHC announced their groundbreaking result

LHC의 과학자들은 그들의 획기적인 결과를 발표했습니다

when there was only a one in 3 million chance

오직 삼백만분의 한 번꼴의 경우가 있을 때

this bump could have appeared by a statistical fluke.

이 충돌이 통계학적인 수에 의해 나타날 수 있을 것이라고 하면서요.

So back to the dark matter.

다시 암흑 물질로 돌아가 봅시다.

If the LHC's proton beams have enough energy to produce it,

만약 LHC의 양성자 빔이 그것을 만들어 낼만큼 충분한 에너지를 가진다면

that's probably an even rarer occurrence than the Higgs boson.

그건 아마도 힉스 입자보다 더 드문 일일 겁니다.

So it takes quadrillions of collisions combined with theoretical models

그래서 그것은 이론적인 모델과 합쳐져서 수천조 번의 충돌이 필요합니다

to even start to look.

심지어 이 일을 보려고 하는데만요.

That's what the LHC is currently doing.

이것이 LHC가 최근 하고 있는 일입니다.

By generating a mountain of data,

방대한 량의 데이터를 생산함으로써,

we're hoping to find more tiny bumps in graphs

우리는 그래프에서 더 많은 작은 충돌들을 찾기를 바랍니다.

that will provide evidence for yet unknown particles, like dark matter.

그 충돌들은 암흑물질 같이 알려지지 않은 입자에 대한 증거를 제공할 겁니다.

Or maybe what we'll find won't be dark matter,

또는 아마도 우리가 찾게 될 것은 암흑물질이 아니라

but something else

다른 무언가일 수도 있는데,

that would reshape our understanding of how the universe works entirely.

그것은 우주가 전체적으로 어떻게 운행하는지에 대한 이해를 바꿀 겁니다.

That's part of the fun at this point.

그것이 여기서 재미있는 점입니다.

We have no idea what we're going to find.

우리는 우리가 무엇을 찾게 될지 모릅니다.