[표지로 읽는 과학] 분자이온으로 우주 탄생의 비밀 풀까

이번주 국제 학술지 사이언스의 표지를 장식한 하프늄 모노플로라이드 분자이온. Science 제공.

국제 학술지 '사이언스'는 이번주 표지로 진동자기장에 의해 진공관 안을 떠다니는 하프늄 모노플로라이드 분자이온의 모습을 실었다. 분자이온에 레이저를 쏘면 분자 속 전자를 관찰할 수 있다. 

탄야 루시 미국 콜로라도대 물리학부 박사 연구팀이 6일 학술지 '사이언스'에 공개한 논문과 관련한 그림이다. 이 논문은 입자물리학 이론인 '표준 모형(standard model)'을 뒷받침한다. 

표준 모형에 의하면 우주에는 힉스 입자, 게이지 보손, 렙톤, 반렙톤 등 다양하게 결합된 입자와 반입자가 있다. 입자와 반입자가 일대일로 만나 사라지며 빛을 만들어내거나 빛에 의해 입자와 반입자가 만들어지기도 한다. 그런데 우주에 존재하는 어떤 '비대칭성' 때문에 입자와 반입자 간 평형이 깨져 입자와 반입자가 일대일로 만나지 못했고(중입자 비대칭), 그 결과 우주가 탄생했다. 

현재까지 입자물리학 학계는 표준 모형을 정설로 받아들이고 있지만, 이론을 완벽히 입증할 증거는 아직 부족하다.  

연구팀은 하프늄 모노플로라이드 분자이온 속 전자의 자기 모멘트를 측정했다. 물질의 기초 입자는 스핀에 의해 각자 고유한 자기 모멘트를 갖기도 하는데 연구진은 분자이온 속 전자의 자기 모멘트값을 실험했다. 

앤드류 자이치 미국 캘리포니아주립대 물리학부 겸임교수는 사이언스 이번 호에서 "루시 박사가 이끄는 연구팀이 밝힌 전자의 자기 모멘트를 측정해 중입자 비대칭의 실마리를 찾을 수 있을 것"이라고 말했다.  

[박건희 기자 wissen@donga.com]