호암재단

입자물리학 이론에 따르면 강한 상호작용으로 결합하는 기본 입자는 색전하를갖는 쿼크와 글루온이다. 강한 상호작용의 결과로 자연에 존재하는 강입자는 쿼크와 반쿼크가 결합한 중간자와 쿼크 세 개가 결합한 중입자만 있다. 이때 중간자 또는 중입자가 갖는 색(color)전하는 무색 상태가 되어야 하는데, 이것은 마치 실제 색소들이 혼합될 때 무색이 되는 규칙과 유사하다. 두 개의 쿼크와 두 개의 반쿼크가 결합한 넷쿼크 입자나 다섯 개 이상의 쿼크 무리가 결합한 상태인강입자도 이론적으로 무색을 만들 수 있다.

이러한 미지 강입자들이 존재할 가능성은 50여 년 전 겔만의 쿼크모형에서 처음 제안되었다. 이후 많은 실험물리학자들의 탐색 대상이 되었지만 2003년 벨(Belle) 실험에서 X(3872) 입자가 발견될 때까지 어떤 실험도 성공하지 못하였다. 최수경 박사는 스티븐 올슨 박사, 벨 실험팀의 동료 연구자들과 함께 B중간자의 붕괴로 나타나는 입자들을 분석하여 이 미지의 입자 X(3872)를 최초로 발견하였다. 이후 X(3872) 입자는 7개의 다른 실험그룹에서도 확인 관측되었으며, 현재까지 알려진 미지 입자 중에서 그 성질이 가장 잘 알려진 첫 번째 XYZ 중간자의 예가 되었다.

또한 최 박사는 Y(3940)[현재 Y(3915)] 입자를 비롯하여 미지 입자 중 최초로 전하를 띠고 있는 Z(4430) 입자도 발견하였다. 이 Z(4430) 입자는 전하를 띠고 있으므로 c와 c, u와 d 쿼크를 포함하게 되어 네 개의 쿼크로 이루어진 입자가 된다. 그 외에도 최 박사는 이들 XYZ 입자의 성질 측정과 관련된 많은 연구를 활발하게 수행해 왔다.

일본 쓰쿠바市에 위치한 고에너지가속기연구기구(KEK)에서 이뤄지고 있는 벨 실험은 원래 B중간자를 이용한 물질-반물질의 비대칭 현상에 대한 근원 연구가 주목적이었으나, 최수경 박사와 동료 연구자들에 의해 전혀 예상치 못한 새로운 발견으로 이어짐으로써 현재 미지 입자를 연구하는 데도 적합한 실험그룹으로인정받고 있다. 현재까지 전 세계 여러 실험그룹으로부터 보고된 XYZ 입자의 총 수는 30여 개에 달해 이들의 존재는 더욱 확실해졌다. 하지만 그 입자들의 기본 성질은 아직 미지의 영역으로 남아 있다. 앞으로 더 많은 실험 정보가 모여 강입자 형성과 관련된 이론 수립에 기여할 것으로 기대되고 있다.