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2018년 2월 25일 일요일

반물질 연구의 새로운 장을 열 저장 시스템



(CERN scientists are getting ready to transport antimatter to a new location, using the strange substance in a new experiment(Credit: Julien Marius Ordan/CERN))

(A diagram explaining the PUMA team's antiproton trap, and how the ISOLDE project will study them(Credit: PUMA))


 유럽원자핵연구소 (CERN)의 과학자들이 반물질 연구에 새로운 획을 그을 새로운 연구 시설을 건설 중에 있습니다. antiProton Unstable Matter Annihilation (PUMA) 프로젝트라고 명명된 이 연구계획은 무려 10억 개에 달하는 반양성자(antiproton)을 저장해서 그 성질을 연구하고 물질과의 상호 작용을 관찰하는 것입니다. 


 전자, 양성자, 중성자 같은 물질은 동일한 성질을 지닌 반물질(antimatter)를 지니고 있습니다. 물질과 반물질이 서로 만나면 쌍소멸 현상을 일으켜 전부 에너지의 형태로 바뀌고 아무 물질이 남지 않게 됩니다. 태초에 우주가 생성되었을 때 수많은 물질과 반물질이 생성되었으나 어떤 이유에서인지 물질이 근소하게 많이 생성되어 지금처럼 물질이 많은 우주가 생성될 수 있었던 것으로 보입니다. 


 과학자들은 오래전 전자의 반물질인 반전자를 만들었고 1995년에는 반양성자를 생산하는 데 성공했습니다. 하지만 물질과 닿으면 즉시 에너지가 되어버리는 특징 때문에 이를 제대로 연구하기가 매우 까다로웠습니다. 그래도 방법이 없는 것은 아닙니다. 


 반양성자를 만든 후 이를 극저온의 진공 상태 놓은 후 자기장에 가둬두면 어느 정도 장시간 보관이 가능합니다. 물론 일부 반양성자가 용기 표면에 닿아서 에너지가 되긴 하지만, 촛불 하나 에너지도 되지 않기 때문에 지금까지는 큰 문제는 없습니다. 문제는 연구에 필요한 충분한 반양성자를 구하기 어렵다는 것이죠. 


 CERN이 개발하는 반양성자 저장장치인 ISOLDE는 이런 면에서 한 획을 그을 것으로 기대됩니다. 무려 10억개의 반양성자를 보관할 수 있기 때문이죠. 다만 이 경우 안전상의 문제 (쌍소멸 시 강력한 감마선이 방출)로 인해 다른 시설과 떨어져 건설될 것이라고 합니다. 


 한 가지 흥미로운 것은 오래 전 봤던 SF 소설이나 만화에서 반물질을 에너지원으로 사용하는 우주선이 오버랩되는 소식이라는 점입니다. 반물질과 물질이 만나면 100% 에너지의 형태로 바뀌기 때문에 매우 에너지 저장 밀도가 높아지게 됩니다. 하지만 만약 반물질을 통제할 수 없으면 거대한 폭발이 생기면서 우주선이 사라지게 되죠.


  ISOLDE에 있는 반물질은 그 정도 양은 아니지만, (6.02214179x10^23/mol 이라는 아보가드로 수를 생각하면 10^9개도 사실 많은 건 아님) 그래도 미래에 실제로 반물질 에너지 저장 시스템이 생기는 건 아닌지 하는 상상도 해봅니다. 


 참고 





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