헨리크 니에보드니찬스키 핵물리학 연구소 폴란드 과학 아카데미가 2026년 1월 5일에 발표한 연구에 따르면, 물리학자들이 거대 강입자 충돌기(LHC)에서 일어나는 고에너지 양성자 충돌의 겉보기에 혼란스러운 환경 속에서 예상치 못한 질서를 발견했습니다. 이 연구는 충돌 후 쿼크와 글루온이 일반 입자로 전환되는 것에 대한 기존의 가설에 이의를 제기하며, 엔트로피, 즉 무질서도가 전체 과정에서 일정하게 유지된다는 것을 밝혀냈습니다.

이번 연구 결과는 LHC의 실험 데이터를 보다 정확하게 반영하는 개선된 충돌 모델에서 비롯되었습니다. 연구자들은 밀도가 높고 끓어오르는 상태의 쿼크와 글루온이 일반 입자로 전환되면 시스템의 엔트로피가 변경될 것이라고 예상했습니다. 그러나 새로운 모델은 상호 작용하는 쿼크와 글루온의 엔트로피가 충돌에서 발생하는 하드론, 즉 복합 아원자 입자의 엔트로피와 거의 동일하다는 것을 보여줍니다.

연구소는 보도자료에서 "이 예상치 못한 결과는 양자 역학이 작동하는 직접적인 지문으로 밝혀졌습니다."라고 밝혔습니다. 일정한 엔트로피는 양자 역학이 이러한 고에너지 상호 작용에서 이전보다 더 중요한 역할을 한다는 것을 시사합니다.

LHC에서 발생하는 것과 같은 고에너지 양성자 충돌은 물질의 기본 구성 요소인 쿼크와 글루온이 양성자로부터 잠시 분리되는 극단적인 환경을 조성합니다. 이로 인해 수명이 짧은 가상 입자를 포함한 소용돌이치는 입자의 바다가 생성됩니다. 이 과정을 이해하는 것은 자연의 기본 힘과 물질의 구조를 탐구하는 데 매우 중요합니다.

개선된 충돌 모델은 고급 알고리즘과 계산 기술을 통합하여 양성자 충돌 내의 복잡한 상호 작용을 시뮬레이션합니다. 이를 통해 물리학자들은 데이터를 더 정밀하게 분석하고 이전에 가려졌던 미묘한 패턴을 식별할 수 있습니다. 이 모델이 실험 데이터와 매우 밀접하게 일치한다는 사실은 엔트로피가 변하지 않는다는 결론을 강력하게 뒷받침합니다.

이 발견의 의미는 기초 물리학을 넘어 확장됩니다. 고에너지 충돌의 역학을 이해하면 재료 과학 및 핵 에너지와 같은 다른 분야의 발전에 잠재적으로 기여할 수 있습니다. 이러한 복잡한 시스템을 정확하게 모델링하는 능력은 정교한 AI 알고리즘에 크게 의존하며, 시뮬레이션의 정확성과 효율성을 개선하기 위해 지속적으로 개선되고 있습니다.

연구자들은 충돌 모델을 더욱 개선하고 다른 고에너지 물리학 실험에서 일정한 엔트로피의 의미를 탐구할 계획입니다. 또한 이러한 혼란스러운 환경 내에서 질서를 유지하는 데 양자 얽힘의 역할을 조사하는 것을 목표로 합니다. 진행 중인 연구는 우주를 지배하는 기본 법칙과 가장 기본적인 수준에서 물질의 행동을 형성하는 데 있어 양자 역학의 역할에 대해 더 많은 빛을 비출 것을 약속합니다.