결정적 열쇠 反물질, 1000초 넘게 잡는데 성공
물리학자들이 우주가 탄생할 때 물질과 함께 만들어졌다가 사라진 반(反)물질을 16분 넘게 잡아두는 실험에 성공했다. 지금까지 반물질을 잡아둔 가장 긴 시간은 이번 실험의 5000분의 1 수준인 0.2초였다. 반물질을 연구할 수 있는 시간이 5000배나 늘어난 것이다.
- ▲ 가장 간단한 형태의 반(反)물질인 반수소가 유럽원자핵공동연구소(CERN)의 양전자 가속기에 약 1000초 동안 머물다가 빠져나가는 모습을 그린 상상도. /CERN
스위스 제네바의 유럽원자핵공동연구소(CERN)는 5일 "가장 기초적인 반물질인 반수소 309개를 1000초 이상 잡아두는 데 성공해 불가사의로 남아 있는 반물질의 성질을 연구하기 위한 충분한 시간이 확보됐다"고 밝혔다. 연구 결과는 영국에서 발행하는 물리학 저널 '네이처 피직스' 6일자 인터넷판에 게재됐다.
물리학자들은 137억년 전 빅뱅(big bang·대폭발)으로 우주가 탄생한 직후 물질과 반물질이 같은 양으로 존재했다가, 반물질이 순식간에 사라지면서 물질만 남게 됐다고 추정한다. 아직 그 이유는 모른다. 우주 탄생의 비밀을 풀 열쇠가 반물질에 있는 셈이다. 물질과 반물질이 만나면 강력한 에너지를 내고 둘 다 사라진다. 댄 브라운의 소설 '천사와 악마'는 이를 이용한 폭탄 개발을 모티브로 하고 있다.
CERN 연구팀은 2002년 11월 양성자가속기를 사용해 가장 간단한 반물질인 반수소를 만들어냈다. 이후 수백만 개의 반수소를 만들어냈지만, 반수소가 순식간에 소멸해 특성을 연구하지는 못했다. 이번에는 조금 더 부드럽게 충돌시켜 오랜 시간 동안 안정적인 상태를 유지하는 반수소를 얻어냈다고 연구진은 밝혔다.
연구진은 "반물질을 1000초 이상 잡아두면 레이저나 마이크로파 분광학 등 초정밀 관측 기술을 통해 반물질의 특성을 관찰하고, 이를 물질과 비교·대조하는 것이 가능해진다"고 말했다.
☞반(反)물질
물질과 반대되는 극(極)을 지닌 소립자로 구성됐다. 물질의 기본 단위인 원자는 마이너스 성질의 전자, 플러스 성질의 양성자, 자기장의 방향만 지녔고 극(極)이 없는 중성자로 구성돼 있다. 반물질은 이와 정반대인 플러스 성질의 양(陽)전자, 마이너스 성질의 반양성자, 중성자와 자기 흐림이 반대인 반중성자로 구성된다. 우주의 탄생인 빅뱅 직후 함께 만들어진 물질과 반물질 중 왜 물질만 남아서 우주를 구성하고 있는지, 어딘가 반물질로만 이뤄진 또 다른 세계가 존재하는지 물리학계는 아직 밝혀내지 못했다