유럽 입자물리硏 반수소 포착…작년 0.172초 보존뒤 큰 진전

국제 과학자들이 우주의 기원을 밝히는 데 결정적인 단서가 될 반물질(antimatter)을 16분여 동안 붙잡아 두는 데 성공했다. 137억년 전 우주가 ‘빅뱅’(대폭발)을 통해 어떻게 탄생했는지 규명하는 데 획기적인 진전을 이룬 것으로 평가된다.

유럽 입자물리연구소(CERN)는 5일 알파(ALPHA) 연구팀이 반수소를 1000초 동안 포착하는 데 성공했다고 물리학 전문지인 ‘네이처 피직스’를 통해 발표했다. 반수소는 수소와 질량은 같지만 반대의 전하를 띤 물질이다.

세계 최대의 강입자가속기(LHC·입자 빔을 광속에 가까운 속도로 충돌시켜 빅뱅 직후 상황을 재현하는 장치)를 운영하는 CERN은 지난해 11월 반수소를 0.172초동안 보존해 붙잡아 두는 데 처음 성공했었다. 과학자들은 앞서서도 반수소를 만들었으나 생성되자마자 물질과 충돌해 소멸했기 때문에 물질을 자세히 분석하기 어려웠다.

연구진이 이번 실험에서 반물질을 생성해 무려 16분여 동안 붙잡아 두는 데 성공함에 따라 향후 반물질의 정체와 빅뱅 이후 우주의 생성이 어떻게 전개됐는지를 가려내는 데 적지 않은 진전을 거둘 것으로 기대된다.

‘빅뱅이론’에 따르면 우주는 태초에 한 점에 모였던 질량 및 에너지가 광속보다 훨씬 빠른 속도로 급속히 팽창해 폭발하면서 탄생했다. 과학자들은 대폭발 이후 물질과 반물질이 똑같은 양으로 만들어졌지만 알려지지 않은 이유로 반물질이 모두 사라지면서 현재처럼 물질만 가득 찬 세계가 됐다고 추측한다. 물리학자들은 반물질의 정체를 분석하면 우주 탄생의 비밀을 밝혀낼 수 있을 것이라는 기대를 품고 오랫동안 반물질 연구에 매달려 왔다.

반수소의 원자를 포착하면 레이저나 초단파 분광기를 이용해 반수소의 구조를 더 정확히 그려낼 수 있고, 수소 원자와 비교하는 것이 가능해진다. 또 반물질에 중력이 미치는 영향을 측정하는 데 필요한 접근법을 확보할 수 있게 된다. 알파 연구팀은 올해 하반기에 포착된 반수소를 측정하는 연구를 진행할 예정이다.

유대근기자 dynamic@seoul.co.kr