힉스 입자는 ‘소립자에 질량을 부여하는 입자’로 추정된다. 자세한 설명은 뒤에서 다시 하겠지만, 기본적으로 모든 물체는 질량 없이 존재할 수 없다. 그래서 힉스 입자는 ‘신의 입자’라고도 불린다.
소립자 물리학 이론은 기본적으로 소립자의 질량을 0으로 두고 계산해야 하는데, 실제 소립자에는 질량이 존재하지 않는가. 이대로라면 지금까지 세운 이론에 모순이 생기고 만다. 새로운 이론을 만들어야만 한다! 전 세계의 물리학자가 이러한 딜레마에 빠져 머리를 싸매고 고민했다.
그러던 1964년, 영국의 물리학자 피터 힉스가 ‘소립자에 질량을 부여하는 물질이 있는 것은 아닐까?’ 하고 미지의 소립자에 대한 예측을 내놓았다. 이것이 바로 ‘힉스 입자’다. 힉스 입자가 실제로 존재한다면 지금까지의 이론을 그대로 살리면서도 모순 없이 설명할 수 있다.
결국 힉스 입자의 개념이 등장하자 물리학계가 크게 들썩였다. 힉스 입자를 발견하기 위해 전 세계의 물리학자들이 발 벗고 나서기 시작한 것이다.

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지금까지 16종류의 소립자를 소개했는데, 만약 힉스 입자가 존재하지 않는다면 이 16종류의 소립자들은 질량이 0, 다시 말해 질량이 없는 셈이 된다. 앞에서 광자와 글루온이 없으면 원자가 존재할 수 없다고 했다. 그런데 힉스 입자가 없어도 역시 원자는 존재할 수 없다. 왜 그럴까?
‘소립자의 질량이 0’이라는 말은 입자가 ‘항상 빛의 속도로 난다’는 뜻이다. 질량이 0인 입자는 항상 빛의 속도로 움직인다. 참고로 광자는 실제 질량이 0이다. 그래서 이름처럼 빛의 속도로 날아갈 수 있다. 여기서 흥미로운 점은 ‘질량이 0이면 움직임을 멈출 수가 없다’는 사실이다. 광자는 생성되는 그 순간부터 브레이크가 없어서 항상 빛의 속도로 날아다닌다. 그러다가 어떤 물질과 부딪쳐
반응(상호작용)하면 소멸한다. 단지 그것뿐이다. 이것이 질량이 0인 소립자의 운명이다.

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초끈이론은 이런 것이다. ‘크기가 없는 점에 확장성을 주면 어떻게 될까?’ 앞서 말했듯 지구를 ‘점’이라고 생각하는 예도 그러한데, 보통은 ‘구’가 된다고 대답하기 쉽다. 그런데 기하학(도형에 대해 연구하는 학문)의 발상으로는 ‘점’이 확장되면 ‘선’이 된다. 점을 한 방향으로 쭉 잡아당기면 ‘선’이 되는 것이다. 그리고 ‘선’을 다시 위로 잡아당기면 ‘면’이 된다. 이를 0차원(크기가 없는 점), 1차원(선), 2차원(면)이라고 부른다.
면을 다시 잡아당기면 이번에는 주사위 모양이 된다. 이를 3차원이라고 한다. 그래서 ‘차원’이란 사실 ‘방향과 확장’이라는 의미다. 0차원(크가 없는 점)은 방향과 확장이 없다(0). 1차원(선)은 한 방향으로 확장된다. 2차원(면)은 두 방향으로 확장된다. 예컨대 x좌표와 y좌표가 있는 그래프용지를 떠올리면 이해하기 쉽다. 3차원이 되면 거기에 z좌표가 추가된다.
그리고 아인슈타인이 등장해서 4차원, 즉 네 번째 방향이 ‘시간’이라고 주장했다. ‘가로, 세로, 높이라는 3차원+시간이라는 축이 있으며, 이것이 바로 4차원이다’라고 말했던 것이다. 현재 이론에서 차원을 점점 확장하면 점(0차원) 다음으로 나오는 것이 선(1차원)이다. 이를 ‘끈’이라고 부른다. 그래서 “점입자였던 소립자가 확장된다=선이 된다”고 말하는 것이다.

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‘운동경기는 참가하는 데 의의가 있다’는 말이 있는데, 소립자물리학 역시 ‘상상’하는 데 의의가 있다. 이론쟁이가 공상을 펼치지 않으면 실험쟁이는 ‘그것’을 밝혀낼 수 없다. 이론쟁이 한 사람의 공상체계가 서서히 전 세계 이론쟁이들의 두뇌를 잠식하고, 이윽고 실험쟁이도 뛰어들어 다함께 정치가를 구워삶아서 몇 조 원에 달하는 실험 장치를 완성한다. 물론 그 돈은 다 국민의 혈세겠지만.
이렇게 냉정하게 분석하면 소립자 물리학이란 꽤 애물단지다. 그런데도 신기한 매력이 있어 우리를 꿈꾸게 한다.