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영화 ‘천사와 악마’ 속 반물질 양산할 수 있다면 목록

조회 : 1025 | 2013-01-17

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반물질은 실제 공간에서 존재하기 어렵기 때문에 이를 저장하는 방법에 대해 많은 과학자들이 연구에 연구를 거듭하고 있다.
 
‘다빈치 코드’로 논란에 빠지게 만든 댄 브라운의 소설‘천사와 악마’는 영화로도 만들어져 대중들에게 유럽입자물리연구소(CERN)과 반물질에 대해 알게 해줬다. 물론 반물질에 대해 지나친 공포감과 과장된 내용이 있었다고 지적을 받기는 했지만 웬만한 과학대중화 사업으로도 못 한 일을 영화 한 편이 해낸 것이다.

그런데 영화에서처럼 반물질은 실제 공간에서 존재하기 어렵기 때문에 이를 저장하는 방법에 대해 많은 과학자들이 연구에 연구를 거듭하고 있다. 최근 미국 과학자들이 이전보다 훨씬 쉽게 반물질을 냉각해 저장하는 방법을 새로 개발해 주목받고 있다.

미국 알라바마 어번대학(Auburn University) 연구진은 전자 하나와 양성자 하나씩을 갖고 있는 일반적인 수소 원자와는 달리 각각 하나씩의 양전자와 반양성자를 갖고 있는 반수소원자(antihydrogen)를 가둬놓는데 성공했다고 밝혔다. 지금까지 반물질을 가장 오래 잡아둔 기록은 2011년 CERN 과학자들이 16분 동안 가둬둔 것인데 이번에 개발된 기술을 이용하면 반물질 유지 시간이 더 길다.

예를 들면 전자의 반물질로 양전자가 있는 것처럼 세상은 물질과 반물질로 이뤄져 있다. 그렇지만 물질과 반물질이 만나면 파괴되고, 반물질은 불안정하기 때문에 다루기가 쉽지 않다. 실제로 과학자들은 반물질을 이용해 실험하기 위해서 반물질을 가두는 과정이 우선돼야 하는데, 물질로 이뤄진 벽을 건드리기라도 할 경우 어렵게 얻은 반물질 입자 자체가 파괴될 가능성이 크기 때문이다. 이를 위해서 연구자들은 반물질을 가두기 위해 자기장으로 만든 매우 복잡한 시스템을 사용하곤 한다.

연구진은 수소의 속성을 비교하기 위해 이번 실험을 기획했는데, 반수소원자는 고온에 높은 에너지를 갖고 있어서 그대로 실험할 경우 실험이나 측정할 때 오류가 발생할 수 있기 때문에 냉각시키는 것이 필수적이다.

연구진은 정밀한 레이저 빔을 반수소원자에 조사해 에너지 준위를 내려 냉각시킴으로써 평균 에너지를 줄였다. 이를 통해 반수소원자 측정에 필요한 모든 매개변수를 정확히 측정할 수 있었다.

연구자들은 실제 반물질 원자에 아직 적용하지는 않았지만, 우선 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 그 가능성을 보였다. 그들의 계산에 따르면 입자는 20밀리켈빈의 온도까지 냉각될 수 있으며, 반면 대부분의 반수소원자를 가두는 온돈느 500밀리켈빈을 갖고 있어야 한다.

프랜시스 로비쇼(쇼rancis Robicheaux) 박사는 “이번 연구성과는 반물질을 더 오래 가둬둘 수 있도록 해 연구를 용이하게 할 뿐만 아니라 우주 속에서 왜 반물질을 찾기 어려운가도 알려줄 수 있을 것”이라고 말했다.

지난해 끝난 이번 실험 결과는 물리학 분야 권위지인 ‘물리학 B : 원자, 분자, 광학물리(Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics)’ 6일자에 실렸다.

유용하 기자 edmondy@donga.com 
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