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초기우주 비밀 풀어 줄 가장 강력한 입자 소용돌이 구현 성공

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2017년 08월 06일 23:29 프린트하기

이번 주 '네이처' 표지는 람다입자의 질량분포를 나타낸 히스토그램이 차지했다. 시간투영상자(TPC) 검출기 속에서 가속, 충돌로 이온화된 입자들이 자기장에 의해 휘어질 때 각 입자의 3차원 운동량을 측정해 얻은 결과다. 

최근 국제 공동연구진이 금 원자의 핵간 충돌 반응을 통해 극한 상태에서 입자가 매우 강력한 에너지의 소용돌이를 만들어낸다는 사실을 발견하고, 이때 람다입자의 물리적 특성을 관측하는 데 처음으로 성공했다. 

람다입자는 3개의 쿼크(u, d, s)로 이뤄진 바리온이다. 미국 브룩헤이븐국립연구소(BNL)의 중이온 충돌실험 그룹인 '스타(STAR, Solenoid Tracker at RHIC)' 그룹 연구진은 이 같은 내용의 연구 결과를 '네이처' 3일자에 발표했다. 강력한 에너지에 의한 빅뱅(대폭발) 직후의 우주 초기 상태에 대한 결정적 단서로, 우주의 기원과 진화를 연구하는 데 큰 도움이 될 것으로 전망된다. 

세계 13개국 500여 명의 연구자들이 참여하고 있는 스타 실험그룹은 우주 초기상태일 것으로 예측되는 고온, 고압의 쿼크-글루온 플라스마(QGP) 상태를 금핵을 이용한 고에너지 중이온 충돌실험을 통해 재현해 왔다. 이번 연구에는 유인권 부산대 물리학과 교수 등 한국 과학자들도 참여했다. 

연구진은 상대론적중이온가속기(RHIC)를 이용해 중심에너지가 80억~400억 eV(전자볼트)인 금핵-금핵 충돌실험을 했다. 그 결과 관측된 입자의 소용돌이는 역대 실험에서 측정된 소용돌이 대비 1019배 이상, 자연상에서 관측되는 토네이도 대비 1023배 이상 강력한 것으로 확인됐다. 

빅뱅처럼 극한 상태에서 물질이 초고온, 초고밀도, 초저점성뿐만 아니라 강력한 소용돌이 구조를 이룬다는 사실을 새롭게 발견한 것이다. 

유 교수는 "강력한 에너지로 충돌한 원자핵들이 만들어낸 새로운 물질의 상태와 특성을 연구하면 초기 우주에서 생성된 입자들이 어떻게 상호작용해 현재 우리가 보고 있는 원자, 분자 같은 물질 세계를 만들었는지에 대한 단서를 찾을 수 있다"며 "극한 상태의 유체역학이론 연구에도 중요한 이정표가 될 것으로 기대한다"고 밝혔다.
 
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