'반물질 특급 수송 작전' 실행하는 입자물리학자들

유럽핵입자물리연구소

유럽핵입자물리연구소(CERN) 내에 있는 반물질 생성 장비. 위키미디어 제공.

지구상에서 가장 비싼 물질인 ‘반물질’을 운반하기 위한 입자물리학자들의 섬세한 운반 전략이 실제로 구현될 예정이다. 우주 비밀을 풀기 위한 연구에 속도가 날 것으로 기대된다. 

영국 언론매체 ‘가디언’ 등 외신의 8일(현지시간) 보도에 따르면 유럽핵입자물리연구소(CERN) 연구자들이 과학 역사상 가장 ‘독특한 여정’에 나설 준비를 하고 있다. 반물질을 화물 수송용 컨테이너에 싣고 유럽 전역으로 옮긴다는 계획이다. 

반물질은 지구에서 가장 비싼 물질로 1g을 만드는 데 약 7경 원 정도의 어마어마한 비용이 들어갈 것으로 추정된다. 반물질은 CERN처럼 입자물리학 실험이 가능한 연구센터에서만 제조할 수 있다. 

일반 물질이 입자로 구성돼 있다면 반물질은 반입자로 구성돼 있다. 일반 물질과 전기적 성질이 반대다. 일반 물질이 양성자, 전자, 중성자 등의 입자를 가질 때 반물질은 반양성자, 양전자, 반중성자 등의 반입자를 갖는다. 

과학자들은 우주의 기원인 빅뱅 발생 당시 동일한 양의 물질과 반물질이 생성됐을 것으로 보고 있다. 처음에는 같은 양을 갖고 있었지만 중입자 생성 과정에서 물질과 반물질 사이에 비대칭성이 발생하면서 현재는 물질만 풍부한 상태가 됐을 것으로 추론된다. 

아직은 추론일 뿐 우주에 반물질이 거의 존재하지 않는 이유는 불분명하다. 입자물리학자들은 물질과 반물질을 구성하는 입자의 차이를 연구하고 물질이 우주를 지배하게 된 이유, 보다 궁극적으로는 인간을 비롯한 생명체가 존재하는 이유 등에 대한 단서를 찾고 있다.  

CERN 연구자들은 반물질에 대한 이해를 높이는 연구를 진행할 수 있도록 반양성자를 CERN 내의 다른 실험실과 독일 뒤셀도르프대로 옮길 계획이다. 반물질은 다루기 매우 까다롭기 때문에 반물질의 이동은 큰 도전이다. 반물질은 일반 물질과 접촉하면 강력한 전자기 방사선을 방출하면서 소멸된다. 특수 장치를 이용해 강력한 전기장과 자기장을 조심스럽게 결합해야만 반물질을 안전하게 보관할 수 있다. 

입자물리학자인 스테판 울머 뒤셀도르프대 교수는 가디언을 통해 “반물질을 운반하기 위한 첫 여정에 가까워졌지만 반물질을 이동시키는 것은 여전히 매우 어렵다”며 “반물질을 통해 알아낼 수 있는 과학적 사실들을 생각하면 이동에 성공해야 한다”고 말했다. 

반물질이 이동 과정에서 폭발할 가능성은 거의 없을 것으로 평가된다. 댄 브라운 작가의 소설 ‘천사와 악마’에는 ‘반물질 폭탄’이라는 새로운 무기가 등장하지만 소설과 같은 폭발이 일어날 가능성은 희박하다는 것이다. CERN이 운반하려는 반물질의 양은 우리가 인식할 수 있는 수준의 폭발을 일으키기엔 양이 매우 적기 때문이다.  

CERN 과학자들은 초전도 자석, 극저온 냉각 시스템, 반양성자를 가둬 일반 물질과의 접촉을 막을 수 있는 진공 챔버를 포함한 7톤 적재가 가능한 운반 장치를 제작 완료했다. CERN 내 실험실로의 운송이 1차적으로 이뤄질 예정이며 내년 중 뒤셀도르프대 정밀연구소로 옮기는 시도가 이뤄질 예정이다. 

이번 반물질 운송 프로젝트 리더인 크리스찬 스모라 CERN 연구원은 “장기적으로는 유럽의 모든 실험실로 반물질을 운반하고자 한다”며 “반물질이 우주에서 거의 사라진 이유를 찾는 연구의 판도를 바꾸게 될 것”이라고 전했다.

[문세영 기자 moon09@donga.com]