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[뉴스에프엔 김익수 기자] 우주 보이는 물질의 99%를 구성하는 기본 입자 프로톤(양성자)의 정확한 크기를 둘러싼 논쟁이 다시 주목받고 있다. 프로톤은 내부에 쿼크·글루온이 복잡하게 얽힌 구조를 가지고 있어 ‘크기’를 단순한 반지름으로 정의하기 어렵다. 그중 가장 널리 쓰이는 지표는 내부 전하분포에서 결정되는 프로톤 전하반지름이다.

문제는 실험 방식에 따라 결과가 달라진다는 점이다. 2010년 스위스 PSI 연구진이 뮤온 수소 스펙트럼을 이용해 측정한 값은 기존 전자 산란 및 수소 원자 스펙트럼보다 더 작은 반지름을 제시해 ‘프로톤 반지름 퍼즐’을 촉발했다.

이후 미국 제퍼슨랩은 기존 측정 한계를 개선한 PRad 실험을 진행해 뮤온 수소 결과와 일치하는 값을 얻으며 퍼즐 해결에 한 걸음 다가섰다. 현재는 정밀도를 세 배 높인 PRad-II 실험이 진행 중이다. 한편 PSI의 MUSE, CERN의 AMBER 등 뮤온 산란 실험도 본격 가동되며 렙톤 보편성 검증과 새로운 물리 가능성도 함께 탐색되고 있다.

전문가들은 “프로톤 반지름 측정은 QED·QCD 검증과 표준모형을 넘어선 물리 탐색까지 연결되는 핵심 과제”라며 “향후 수년 내 논쟁이 해소될 것”이라고 전망했다.

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