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반(反)물질끼리 충돌하면 어떻게 되나

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반(反)물질끼리 충돌하면 어떻게 되나

2015.11.05 07:00
양성자의 반물질인 반양성자 사이에서도 양성자와 똑같은 상호작용이 일어난다는 사실이 밝혀졌다. - 브룩헤이븐 국립연구소 제공
양성자의 반(反)물질인 반양성자 사이에서도 양성자에서처럼 동일한 상호작용이 일어난다는 사실이 밝혀졌다. - 미국 브룩헤이븐 국립연구소 제공

 

영화로도 제작된 소설 ‘천사와 악마’에서 가공할 에너지를 가진 것으로 묘사되는 반물질(反物質)은 우리가 살고 있는 세계의 물질과 모든 특성이 같지만 전하만 반대인 물질이다. 예를 들어 전자의 반물질인 양전자는 음극(-)을 띠는 전자와 달리 양극(+)을 띠고, 양성자의 반물질인 반양성자는 양극을 띠는 양성자와 달리 음극을 띤다.


12개국 57개 기관 300여명의 연구원이 참여한 ‘스타(STAR)’ 국제 공동연구진은 양성자의 반물질인 반양성자도 양성자처럼 서로 상호작용을 한다는 사실을 실험으로 처음 입증했다고 4일 밝혔다.

 

이번 연구에는 유인권 부산대 물리학과 교수와 오근수 부산대 연구원, 노서영 한국과학기술정보연구원(KISTI) 대용량데이터허브실장과 안상언 선임연구원도 한국 대표팀으로 참여했다.


양극을 띤 양성자가 한 원자핵 안에서 서로 밀어내지 않고 붙어있을 수 있는 이유는 양성자 사이에 아주 가까운 거리에서 작용하는 강력한 인력인 ‘강한 상호작용’ 때문이다.

 

양성자의 반물질인 반양성자 또한 이론적으로는 전자기력 때문에 서를 밀어내면서도, 한편으론 강한 상호작용의 힘으로 반양성자끼리 뭉쳐있을 수 있을 것으로 예상됐지만 지금까지 실험으로 증명된 적은 없었다.


스타 연구팀은 미국 브룩헤이븐 국립연구소의 ‘상대론적 중이온 충돌기(RHIC)’을 이용해 금이온을 200GeV(기가전자볼트)로 가속시켜 충돌시켰다. 그리고 이 때 발생하는 고에너지에서 탄생한 반양성자의 이동 궤적과 에너지 손실, 비행시간을 분석했다.

 

그 결과, 반양성자가 2개가 만나면 같은 음극을 띠기 때문에 전자기력으로 밀어내면서도, 거리가 가까워지면 강한 상호작용으로 인해 끌어당기는 현상이 발생한다는 사실이 확인됐다.


유 교수는 “이론으로만 예측하던 내용을 반물질을 이용한 실험으로 직접 증명했다는 점에서 큰 의미가 있다”며 “이렇게 형성된 또 다른 반물질의 우주가 존재할 가능성도 있다”고 말했다.


연구결과는 ‘네이처’ 5일 자에 실렸다.
 

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