[뉴스에프엔 김맹근 기자] CERN이 국제 파트너들과 협력하여 미래 원형 충돌기(FCC, Future Circular Collider)의 타당성 조사를 완료했다. 이 연구에는 전 세계 1,000명 이상의 물리학자와 엔지니어가 참여했으며, 프로젝트의 기술적, 재정적, 환경적 측면을 종합적으로 분석했다.

만약 FCC 프로젝트가 승인된다면, 이는 현재 가동 중인 대형 강입자 충돌기(LHC, Large Hadron Collider)의 후속 연구시설이 되어 2040년대까지 기초 물리학 연구에 혁신을 불러올 전망이다.

FCC는 현재 LHC의 27km보다 훨씬 더 거대한 91km 규모의 입자 가속기로 설계되고 있다. 이 차세대 충돌기는 2012년 힉스 입자의 발견을 계기로 입자 물리학의 미스터리를 더욱 깊이 탐구하는 데 초점을 맞춘다.

힉스 입자는 우주의 구조를 형성하는 기본 입자들이 어떻게 질량을 갖게 되는지를 설명하는 핵심 요소다. 하지만 여전히 풀리지 않은 의문들이 많으며, FCC는 이러한 근본적인 현상을 보다 심층적으로 연구하는 것을 목표로 한다.

FCC의 연구 프로그램은 두 단계로 구성된다.

첫 번째 단계에서는 전자-양전자 충돌기를 활용해 힉스, 전자기약력, 그리고 톱 쿼크와 관련된 물리학을 탐구한다. 서로 다른 에너지 수준에서 실험이 진행될 예정이다.

이어 두 번째 단계에서는 현재 LHC의 충돌 에너지(약 14TeV)보다 거의 10배 높은 약 100테라전자볼트(TeV)에 달하는 양성자-양성자 충돌기가 도입된다. 이는 물리학의 새로운 영역을 개척하는 데 중요한 역할을 하게 된다.

이러한 연구 계획은 2020년 업데이트된 유럽 입자 물리학 전략과도 부합하는 방향으로 진행되고 있다.

타당성 조사는 FCC 개발에 필수적인 여러 요소들을 분석했다. 지질학적 조건, 토목 공학적 요건, 그리고 기술 인프라 구축 등이 핵심적으로 검토되었다.

FCC의 90.7km 규모의 원형 터널은 평균 200m 깊이에 건설될 계획이며, 이를 위해 대규모 굴착 및 지표 개발이 필요하다. 또한, 차세대 초전도 자석 기술과 고성능 검출기 개발이 증가된 충돌 에너지를 효과적으로 다루는 데 필수적이다.

초기 전자-양전자 충돌기의 건설 예상 비용은 약 150억 스위스 프랑이며, 2030년대 초반 착공 후 약 12년에 걸쳐 완공될 예정이다.

CERN은 FCC를 지속 가능한 연구 인프라의 모델로 개발하겠다는 목표를 세웠다. 이를 위해 친환경 설계 원칙을 적극적으로 반영하고 있다.

환경 영향을 최소화하기 위한 조치로는 △에너지 효율적인 운영 △에너지 재사용 기술 활용 △건설 및 해체 단계에서 지속 가능한 자재 사용 등이 포함된다.

또한, 대중 참여도 중요한 요소로 고려된다. CERN은 개최국인 프랑스와 스위스뿐만 아니라 지역 및 국가 당국과 협력하여 투명성을 유지하고 있다. 이를 위해 지역 사회 및 이해 관계자와의 적극적인 소통을 위한 다양한 이니셔티브도 추진 중이다.

타당성 조사의 완료는 중요한 이정표지만, 아직 공식적인 건설 결정이 내려진 것은 아니다.

이 보고서는 2025년 11월 CERN 위원회에 제출되며, 그 전에 독립적인 전문가들의 검토를 거칠 예정이다. FCC의 최종 승인 여부는 추가 평가 및 국제 협의를 거쳐 2028년경 결정될 것으로 예상된다.

FCC는 입자 물리학의 발전뿐만 아니라 의료, 에너지, 산업 등 다양한 분야에도 혁신적인 기여를 할 것으로 기대된다.

예를 들어, 초전도 재료 기술은 의료 영상 촬영과 핵융합 에너지 연구를 발전시키는 데 도움을 줄 수 있다. 또한, 가속기 및 검출기 기술은 암 치료 및 산업 공정의 혁신을 이끌 것으로 전망된다.

고효율 전력 전송 기술 또한 글로벌 에너지 인프라 개선에 기여할 수 있다.