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[IT뉴스]새 입자 발견에 목마르다…유럽, 91km 입자가속기 건설 계획 공식 발표

온카뱅크관리자

2026-05-25 12:27:30

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 2040년대 완공 목표  
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 <img alt="힉스 입자를 정밀 연구할 대형 신형 원형 입자충돌기 'FCC-ee'의 상상도. Polar Media, CERN 제공 " class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202605/25/dongascience/20260525122554708vgzq.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="Zw1T23yOJ2" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202605/25/dongascience/20260525122554708vgzq.jpg" width="658">
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 힉스 입자를 정밀 연구할 대형 신형 원형 입자충돌기 'FCC-ee'의 상상도. Polar Media, CERN 제공 
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 유럽 입자물리학계가 차세대 원형 입자가속기 '미래 원형 충돌기(FCC)' 건설 계획을 발표했다. 
 22일(현지시각) 국제학술지 사이언스는 유럽입자물리연구소(CERN)가 온라인 기자회견을 열고 둘레 91km 규모의 전자-양전자 충돌기 'FCC-ee'를 2040년대 중반 완공 목표로 추진한다고 발표했다고 전했다. 총 사업비는 150억 스위스프랑(약 29조원)이다.
 FCC는 현재 세계 최대 입자가속기인 27km 길이의 '거대강입자충돌기(LHC·Large Hadron Collider)'가 가동을 종료한 이후를 잇는 프로젝트다. CERN은 FCC-ee를 통해 전자와 양전자를 최대 0.365테라전자볼트(TeV) 에너지로 충돌시켜 힉스 입자를 대량 생성하고 성질을 정밀 분석한다는 구상이다. 
 입자가속기는 입자를 빛에 가까운 속도로 가속해 충돌시키는 실험 장치다. 충돌 과정에서 생성되는 입자와 에너지를 분석해 물질의 기본 구성 성분과 상호작용 원리를 연구한다. 
 FCC-ee는 전자와 그 반입자인 양전자를 충돌시키는 방식이다. 충돌 에너지는 LHC의 13.6TeV보다 낮지만 양성자끼리 충돌시키는 LHC와 달리 충돌 부산물이 적어 힉스 입자의 특성을 훨씬 정밀하게 측정할 수 있다.
 힉스 입자는 2012년 LHC가 처음 존재를 확인한 기본 입자로 우주를 가득 채운 ‘힉스 장’과 상호작용해 기본 입자들이 질량을 갖게 하는 데 핵심 역할을 한다. LHC는 힉스 입자의 존재를 확인하는 데 성공했지만 힉스가 각 입자와 얼마나 강하게 결합하는지를 정밀하게 측정하기에는 한계가 있었다. FCC-ee는 바로 그 과제를 수행하기 위한 장치다.
 CERN은 FCC-ee를 1단계로 운영한 뒤 같은 터널을 재활용해 2단계로 훨씬 강력한 양성자 충돌기 'FCC-hh'를 건설할 계획이다. 
 FCC-hh는 100TeV 에너지로 양성자를 충돌시킨다. LHC의 약 7배에 달하는 수준이다. 가동 시점은 2070년대가 될 것으로 전망된다. FCC-ee 비용의 절반 가까이를 차지하는 터널을 재활용함으로써 전체 사업의 경제성을 높이는 구조다. 
 물리학자들은 LHC가 힉스 입자 외에도 초대칭 입자 등 새로운 입자를 발견해줄 것으로 기대했다. 발견이 이어졌다면 소형 선형 충돌기로 후속 연구를 이어가는 것으로 충분했다. 하지만 LHC는 힉스 입자 발견 이후 10년이 넘도록 기대했던 새로운 입자를 추가로 발견하지 못했다. 
 물리학계는 선형 충돌기 대신 대형 원형 충돌기로 전략을 바꿨다. 더 높은 에너지 영역에서 새로운 입자 발견 가능성을 확보하려면 더 강력한 장치가 필요하다는 판단에서다. 
 FCC 계획은 미국의 입자물리학 장기 로드맵과도 방향이 일치한다. 미국 물리학계는 2023년 장기 계획을 수립하면서 FCC-ee와 같은 '힉스 공장'에 10억~30억달러(1조5000억원~4조5200억원) 규모로 참여하겠다는 방침을 밝혔다. 
 재원 확보는 여전히 최대 과제다. CERN 자체 예산으로는 전체 사업비의 절반 정도만 감당할 수 있다. 나머지는 유럽연합(EU) 분담금, 민간 기부, 미국 기여금 등으로 메워야 하지만 최소 20억~30억스위스프랑(약 3조8600억원~5조8000억원)의 자금 공백이 남는다. 
 이번 발표로 FCC는 아이디어에서 공식 계획으로 격상됐다. 실제 건설에 들어가려면 CERN 이사회의 공식 승인을 받아야 한다. 빨라도 2028년이다. 
 마크 톰슨 CERN 사무총장은 "앞으로 2년간 설계를 구체화하고 이사회에서 긍정적인 결정을 이끌어내는 것이 목표"라고 밝혔다. 이사회는 CERN 25개 회원국 대표들로 구성된다. 이번 전략 채택 과정에서 회원국들의 지지를 확인한 점은 긍정적 신호로 평가된다. 김영기 시카고대 교수는 "이러한 진전을 보면서 연구 공동체 전체에 희망이 생겼다"고 말했다.
 [조가현 기자 gahyun@donga.com]
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