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2016년 12월 20일 05시 54분 KST | 업데이트됨 2016년 12월 20일 05시 54분 KST

우주 태초에 사라졌다는 '반물질'은 대체 뭘까?

antimatter

CERN의 기술자들.

현재 전세계 물리학계에서는 우주가 탄생하는 순간 생겼다 사라진 '반물질'(反物質·antimatter)의 특성을 밝히려는 연구가 한창이다. 왜 자취를 감추었는지가 큰 의문으로 남아있다.

반물질은 물질과 같은 양으로 생성됐지만 현재 우리 주위에는 물질만 남았다. 반물질은 물질의 입자가 띠는 전하와 반대 종류의 전하를 띠는 입자로 구성됐다.

20일 국제학술지 '네이처'(Nature)영국 리버풀대, 미국 버클리캘리포니아대(UC버클리), 브라질 리우데자네이루연방대, 캐나다 브리티시콜롬비아대, 스웨덴 스톡홀름대 등이 참여한 국제연구단 '알파'(ALPHA)는 최근 반물질의 새로운 특성을 찾아냈다고 밝혔다.

연구진은 "원자 내 전자처럼 반물질 원자에도 양전자의 '흥분' 상태가 있는 것을 확인했다"며 "반물질에도 물질과 동일한 물리법칙이 적용됨을 실험적으로 증명하는 것"이라고 전했다.

최근 기술이 발전하며 연구실에서 반물질을 생산하고 잡아두는 일이 어느 정도 가능해졌다. 스위스 제네바 근교에 있는 유럽핵입자물리연구소(CERN)는 이 분야 연구의 첨단기술을 자랑한다.

이 연구소는 최근 알파 연구진은 이곳의 반양성자감속기를 이용해 길이 280mm, 지름 44mm짜리 가느다란 진공관에 반물질 원자를 잡아두고 특정 주파수의 레이저로 가장 낮은 에너지준위의 1S 껍질에 있는 양전자를 다음 단계의 2S 껍질로 흥분시키는 데 성공했다. 일반적인 원자에서도 특정 주파수의 빛으로 전자를 흥분시키는 것이 가능하다.

반물질을 이루는 입자는 물질의 입자와 성질은 같지만, 전하의 종류는 반대다. 물질의 원자는 양(+)전하를 띠는 원자핵 주위에 음(-)전하를 띤 전자가 구름처럼 존재하는 반면, 반물질원자핵은 음전하를 띠고 그 주위에 양전자가 있다.

유인권 부산대 물리학과 교수는 "기존 원자모형에서 설명하는 '전자 준위'가 반원자모형에도 똑같이 적용된다는 것을 보인 사례"라고 밝혔다. 유 교수는 지난해 CERN(알리스실험)에서 반물질원자핵의 물리량을 측정하는 데 성공해, 원자핵과 같은 질량을 가짐을 실험적으로 입증한 바 있다.