안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
힉스 메커니즘의 출발점은 우주 전체에 힉스 장이라는 보이지 않는 장이 깔려 있다는 거예요. 전기장이나 자기장처럼 공간을 채우는 장인데, 다른 장들과 결정적으로 다른 점이 하나 있어요. 아무것도 없는 진공에서도 값이 0이 아니라는 거예요. 우주가 식으면서 힉스 장은 에너지가 가장 낮은 상태로 자리 잡았는데, 그 상태가 하필 장이 켜져 있는 상태였던 거죠. 우리는 태어날 때부터 이 장에 잠겨 사는 셈이에요.
질량은 입자가 이 장과 얼마나 강하게 상호작용하느냐로 정해져요. 전자나 쿼크 같은 입자가 공간을 지나간다는 건 힉스 장 속을 헤치고 가는 일이에요. 장과 강하게 얽히는 입자는 움직임에 저항을 크게 받는데, 이 저항이 바로 우리가 질량이라고 부르는 성질이에요. 물속을 걷는 사람과 공기 중을 걷는 사람의 차이처럼, 톱쿼크같이 장과 강하게 결합하는 입자는 무겁고, 전자처럼 약하게 결합하는 입자는 가볍고, 광자처럼 아예 상호작용하지 않는 입자는 질량이 0이라 빛의 속도로 달리는 거예요.
그럼 힉스 보손은 뭐냐면, 힉스 장 자체가 출렁인 파문이에요. 장이 실재한다면 그 장을 두드렸을 때 파동, 즉 입자가 튀어나와야 하잖아요. 2012년 유럽입자물리연구소가 양성자를 충돌시켜 이 파문을 찾아낸 게 힉스 보손 발견이에요. 보손이 질량을 나눠주는 게 아니라, 질량을 만드는 건 장이고 보손은 그 장이 존재한다는 증거물인 거예요.
한 가지 덧붙이면 우리 몸무게의 대부분은 사실 힉스 덕이 아니에요. 양성자 질량의 99%는 쿼크를 묶는 강한 상호작용의 에너지에서 나오거든요. 힉스 메커니즘은 기본 입자들의 질량을 설명하는 장치고, 그 작은 씨앗 질량이 없으면 원자도 화학도 성립하지 않으니 우주의 구조를 떠받치는 기초라고 보시면 돼요 :)