첫 주에 사람들이 나에게 어떤 프로젝트를 하냐고 물으면 일단 모르겠다고 했다. 프로젝트 설명에 의하면 초대칭 입자들이 어쩌구 저쩌구라구  써있는 것만 기억나서 그냥 모른다고 둘렀댔다. 이젠 일을 시작한지 대략 2 주 정도 되었는데 이젠 조~~끔 알게 된 것 같다. 나의 supervisor가 다른 사람들에게 내 일을 소개할 때는 SUSY Analysis를 담당하고 있다고 한다. 단어만 들으면 좀 멋져서 나도 이젠 SUSY analysis 하고 있다고 얘기한다.

현재까지 내가 이해하고 있는 나의 업무를 설명해 보겠다. 이게 내가 프로젝트 해나가는 데 있어서도 도움이 될 듯 하다.
 
LHC가 가동되어 양성자가 7TeV로 head on collision을 하게 되면 총 14TeV의 에너지가 새로운 입자들을 만드는데 쓰이게 된다. 이 충돌은 특별한 목적이 있는 detector에서 시키게 되는데 내가 몸을 담고 있는 ATLAS(A Toroidal LHC ApparatuS) group은 CMS와 함께 포괄적인 관측을 목적으로 하는 곳이다. 여러가지 목적 중 하나는 현재 표준모형을 넘어선 새로운 현상을 관측하는 것인데 그 중 가장 대표적인 것이 초대칭 Super Symmetry(SUSY)이다. 앞으로 theory를 하고 싶은 사람으로서 theoritcal하게 더 공부를 해야겠지만 현재 연구를 위해서 알아야 할 사실들은 그렇게 deep하지 않은 듯 하다. 일단 초대칭은 spin이 1/2 의 홀수배인 fermion들과 짝수배인 boson들을 연결시키는 대칭성으로 많은 고에너지 물리 난제들에 도움이 되는 성질이다. 특히 Susskind에 의하면 초끈이론은 거의 이 SUSY가 없으면 아무것도 할 수 없을 정도라고 한다.

이 초대칭성이 성립하면 모든 입자들에게는 그에 해당하는 초대칭쌍이 존재해야 하는데, exact한 symmetry가 있다면 스핀만 다르고 질량 및 기타 charge등은 다 같아야 한다. 하지만 우리는 주변에서 전자나 광자등의 초대칭 쌍을 관측한 적이 없기 때문에 우리가 살고 있는 세계는 초대칭이 살짝 깨져있다고 생각할 수 있다(물론 애당초 초대칭이 이 자연을 설명한다는 가정하에...) 그런데 초대칭이 깨진 정도가 입자에 질량을 주는 Higgs Mechanism과 상응하려면 지금 새로운 가속기로 관측이 가능한 1TeV 정도일 것이고 이 정도 scale에서 초대칭 입자들이 있을 것으로 예측된다.

일단 우리가 실험적으로 엄청난 정밀도를 자랑하는 표준모형에 초대칭을 최소한으로 포함하여 이론을 확장한 것이 Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM)인데, MSSM에서는 R-Parity를 가정하는데 이 때문에 초대칭 입자는 일반 표준모형 입자들로만은 붕괴할 수가 없다. 즉 초대칭도가 보존되다고 볼 수도 있는데, 이 때문에 가장 가벼운 초대칭 입자로 생각되는  은 붕괴하지 않고 있을 것으로 예측된다. 이 입자를 LSP(Lightest Supersymmetry Particle)이라고도 부르는데 약상호작용만 하고 질량은 꽤 커서 암흑물질의 후보군 중 하나인 WIMP(Weakly Interacting Massive Particle)의 가장 바람직한 대상으로 여겨지고 있다.

LHC는 두 proton을 가속시켜 충돌시키기에 생성입자는 strongly interacting particle일 가능성이 높다. 그래서 초대칭 입자 관측을 고려하면 글루이노gluion(글루온의 초대칭짝)나 스쿼크squark(quark의 초대칭짝)으로 시작되는 붕괴 chain이 가장 중요할 것이다. 우리 advisor나 기타 많은 그룹에서 관심을 갖는 chain은

 인데, detector에서는 오로지 표준모형 입자들만 관측이 된다. 첫 붕괴에서의 quark은 jet의 형태로, l_near과 l_far은 전자나 뮤온으로 관측이 될 것이다. 중간의 두 초대칭 입자는 붕괴할 것이고 마지막 는 detector와 매우 약하게 상호작용하기에 missing energy의 형태로 나타나게 될 것이다.

내가 하고 있는 프로젝트는 위의 decay chain에서 l_near, l_far, q의 4-vector를 이용해서 초대칭 입자들의 질량과 스핀을 분석하는 것이다. 충돌이 진행되면 위 decay chain을 포함한 무수한 event를 포함한 결과가 다른 팀들에 의해서 정리되어서 data파일로 공개가 될 것이고 그 파일에 정보들을 분석해서 원하는 정보를 얻어내는 프로그램을 짜는 것이 내가 하는 일이다. 일단 무수한 정보 중에서 우리가 관심있는 저 event만 골라서 뽑아내야 하고 그 뽑아낸 정보를 취합해서 초대칭 입자의 정보를 찾는 coding을 하고 있는데 현재는 가상의 data를 이용해서 짜고 있다.

프로그래밍 자체가 너무 오랜만이라서 사실 고생을 많이하고 있는데 처음에 advisor가 짜논 코드에서 어디가 data를 access하는 부분인지 어디에서 정보를 선별하는 것인지 아직도 다 파악을 못해서 헤매고 있다. 정말 하이에너지 실험에서는 코딩이 에센셜 한 것 같다. CERN에 있는 모든사람들이 코딩을 하고 있는 듯한 인상이다.

앞으로 조금 더 재밌는 사실을 알게 되면 또 포스팅할 예정~