국내 연구진을 포함한 국제연구팀이 우주 생성 원리를 규명할 수 있는 근원적 물질을 입자가속기 실험을 통해 발견했다.

12개국 54개 연구기관으로 구성된 '스타 콜래보레이션(STAR Collaboration)'실험팀에 참가 중인 부산대 물리학과 유인권 교수팀은 미국 뉴욕주 롱아일랜드 소재 중이온가속기를 통한 고에너지 충돌실험에서 '반물질 헬륨4'를 18개 발견했다고 25일 발표했다. 이 연구 결과는 네이처 최신호에 실렸다.

물리학이론에 따르면 보통 물질은 남자와 여자 같이 서로 반대 특성을 갖는 '물질'과 '반물질'이 존재한다. 예를 들면 전자의 반물질은 양전자, 양성자의 반물질은 반양성자, 중성자의 반물질은 반중성자다. 또 물질과 반물질은 서로 만나면 소멸(쌍소멸)한다.

물리학계는 우주의 기원인 빅뱅이 물질과 반물질을 똑같이 만든 것으로 추정하고 있다. 우주의 생성 순간을 유사하게 구현하는 입자가속기 역시 빛의 속도에 가깝게 입자를 가속시켜 충돌시키기 때문에 반입자가 동시다발적으로 만들어진다.

고병원 고등과학원 교수는 "가벼운 원소에서 무거운 원소 순으로 우주에서 차근차근 생겨난다는 것이 물리학의 가정인데 이번 연구는 헬륨4의 반물질을 발견했다는 데 의미가 있다"고 말했다. 예를 들면 수소원자핵의 반물질인 반수소핵은 앞서 발견됐고, 이번에 발견된 반물질 헬륨4 원자핵보다 훨씬 무거운 탑 쿼크(Top Quark)도 이미 발견됐다.

그러나 반양성자 2개와 반중성자 2개로 묶인 반물질 헬륨4 원자핵은 이론적으로만 예측됐고 실제로 만들어진 적은 없었다. 유인권 교수는 "반물질이 생각보다 많이 존재한다는 의미"라며 "공상과학으로까지 연결하면 반물질 우주와 우리의 우주가 만나면 모두 사라진다는 것"이라고 말했다.

이해성 기자 ihs@hankyung.com