입자 충돌을 시각화하는 CERN의 ‘이벤트 디스플레이’
- 입자물리학자들도 사진 촬영과 비슷한 방식을 이용하여 입자 충돌을 기록함
- 다만, 카메라 대신 ‘이벤트 디스플레이(event display)’라고 불리는 특수한 시각화 기술을 사용함
- 유럽입자물리연구소(CERN)는 대형강입자충돌기(LHC)에서 발생하는 입자 충돌을 어떻게 시각적으로 재구성하는지 소개함
빛의 속도 가까이 가속된 입자들의 충돌
- LHC에서는 입자들이 거의 빛의 속도까지 가속된 뒤 서로 충돌하며, 이로 인해 새로운 입자들이 생성되는데 연구자들은 충돌 지점 주변에 설치된 거대한 검출기(detector)를 통해 이 입자들의 특성을 측정함
- 검출기는 입자의 에너지와 운동량, 또 이동 경로 등을 기록하고, 과학자들은 이 데이터를 바탕으로 충돌 순간을 재구성함
- 이는 단순한 시각 자료를 넘어, 새로운 입자의 존재를 분석하고 검출기 이상 여부를 점검하며 데이터 처리 소프트웨어의 문제를 찾는 데도 활용됨
CERN이 공개한 이벤트 디스플레이에 담긴 여러 핵심 요소
- 먼저 두 직선(1)은 충돌 전 입자가 이동하는 빔라인(beamline)으로, 이 입자들은 중앙의 충돌 지점(2)에서 서로 부딪힘
- 충돌 후 생성된 전하를 띤 입자들은 검출기의 자기장 영향을 받아 곡선 형태(3)로 이동하는데, 이 경로는 내부 추적 검출기(inner tracking detector)에 의해 재구성됨
- 입자의 운동량은 이 곡률을 통해 측정할 수 있으며 운동량이 작은 입자는 더 크게 휘고, 운동량이 큰 입자는 상대적으로 직선에 가까운 경로를 그림
- 노란색과 청록색 큐브(4)는 칼로리미터(calorimeter)* 신호를 나타내며 이 데이터는 추적 검출기 정보와 결합돼 ‘제트(jet)**’라고 불리는 입자 다발(5)을 형성함
* 입자가 충돌하면서 남기는 에너지를 측정하는 장치
** 양성자 내부의 쿼크(quark)와 글루온(gluon) 산란에 대한 중요한 정보를 제공
- 한편 일부 칼로리미터는 광자(photon)를 식별하는 역할도 하는데, 해당 그림에서는 보라색 원뿔(6)로 표시됨
단순한 데이터가 아닌 ‘충돌의 기록’
- CERN은 이벤트 디스플레이가 LHC에서 매초 발생하는 수십억 건의 입자 충돌 기록이기에 숫자 데이터 이상의 의미를 지닌다고 강조함
- 특히 향후 고휘도 LHC(High-Luminosity LHC)가 가동되면 충돌 횟수가 크게 증가하는데, 연구진은 이를 통해 앞으로 더욱 복잡하고 흥미로운 이벤트 디스플레이들이 등장할 것으로 기대하고 있음
