초기 우주의 생성, 실마리 물질 찾았다.

■ 초기 우주의 생성, 실마리 물질 찾았다.

우주 최초 물질의 생성 원리를 이해하는 데 단서를 제공할 신물질이 부산대 물리학과 유인권(44) 교수팀의 국제 공동 연구로 처음 발견됐다. 국내 과학자들이 포함된 국제 공동 연구팀이 인류 역사상 가장 무거운 반(反)물질을 발견한 것이다. 12개국 54개 연구 기관의 과학자들로 이뤄진 STAR 연구팀은 미국 뉴욕주 롱아일랜드 브룩헤이븐 국립 연구소의 중이온 가속기(RHIC)를 이용해 반물질인 헬륨4 원자핵을 처음 포착했다고 영국 과학 학술지 네이처 2011.04.25일자 온라인판에 발표했다.

2000년 시작된 STAR 연구팀에 2005년부터 합류한 유인권 부산대 물리학과 교수팀은 "헬륨4 보다 무겁고 안정적인 반물질이 나올 확률은 100만분의 1 이하"라며 "이번 성과는 우주 초기 상태를 알아낼 수 있는 중요한 단서가 될 것"이라고 설명했다. STAR 연구팀은 지구에 존재하는 가장 무거운 물질 중 하나인 금의 원자핵을 RHIC에서 높은 에너지로 충돌시켰다. 그러면 원래 원자핵은 흔적도 없이 사라지고 물질과 반물질이 생긴다. 이게 바로 우주 초기의 빅뱅과 같은 상태이다.

우주 초기엔 물질과 반물질이 같은 양씩 생겼다. 하지만 지금의 우주는 희한하게도 물질로만 이뤄져 있다. 현대 과학으로도 반물질의 존재는 이미 증명되어 있다. 하지만, 반물질이 어떤 과정으로 얼마나 생겼는지, 그 많던 반물질이 다 어디로 갔는지는 여전히 수수께끼로 남아 있다.

반물질은 보통의 물질을 구성하는 소립자(양성자. 중성자. 전자 등)의 반입자(반양성자. 반중성자. 양전자 등)로 구성되는 물질을 말한다. 반물질은 다른 물질과 만나면 곧바로 감마선이나 중성미자로 변해 버린다. 때문에 빅뱅을 재현해 조금이라도 안정적으로 오래 존재하는 반물질을 찾아내는 게 물리학계의 오랜 숙원이었다.

유인권 교수는 "헬륨4 원자핵은 RHIC 안에서 수십 마이크로초(100만분의 1초) 동안 지속됐다"며 "검출된 약 5,000억개 입자들 가운데 헬륨4로 분명히 식별된 건 불과 18개뿐"이라고 말했다. 헬륨4는 지금까지 나온 가장 무겁고 안정적인 반물질로 기록될 전망이다. 이 물질은 가장 무겁고, 안정적인 반(反)물질 원자핵인 '반물질 헬륨4'로 불리지만 극한의 상황에서 수조 분의 1초가량만 존재해 발견 확률이 거의 없는 것으로 알려져 왔다. 반물질은 우주를 구성하는 물질과 전기적 성질이나 입자가 반대의 특성을 가지는 물질이다.

유인권 교수팀 등 12개국, 54개 연구 기관으로 구성된 국제 공동 연구진(STAR Collaboration 실험팀)은 미국 뉴욕주 롱아일랜드 브릭헤이븐 국립 연구소의 중이온 가속기에서 고에너지 충돌 실험을 통해 이 물질을 무려 18개나 검출했다. 이 발견은 우주에서 일어날 수 있는 완전히 새로운 현상들을 포함한 광범위한 탐구에 새로운 단서를 제공하게 될 것이라고 공동 연구진은 밝히고 있다.