물질의 운명적 파트너 반물질 만들기

낮은 에너지의 반수소 원자들로 과학자들은 우주의 기본 성질을 테스트할 수 있을 것이다.
글 | Graham P. Collins













반물질(antimatter), 이것은 보통물질에는 재앙이다. 평범한 입자들의 쌍둥이처럼 반물질은 정반대의 전하값을 갖는다는 것만 제외하고는 모든 면에서 자신의 보통 반쪽들과 거울에 비춘 듯이 닮았다. 이 둘이 만나면 격렬한 반응을 일으키며 둘 다 소멸된다. 사실 반물질 1g이 자신의 보통 입자를 만났을 때 일어나는 엄청난 폭발은 TNT 약 4만 톤에 해당하는 에너지를 방출한다. 이는 1년에 거의 5천 세대에 동력을 공급할 수 있는 양이다.

우리 안전을 위해서는 다행이지만 에너지 정책을 위해서는 유감스럽게도 반물질은 자연계에서는 매우 드물다. 일부 방사성물질은 전자의 반입자인 양전자를 방출하는데, 이것을 양전자방사단층촬영(positron-emission tomography, PET) 스캔에 사용한다. 소량의 반양성자가 우주에서 오는 우주선1)에 섞여서 대기 중으로 항상 떨어진다. 게다가 고에너지 우주선 입자가 대기에 있는 원자와 충돌했을 때 생성되는 입자들의 엄청난 샤워2)에는 다수의 반입자가 포함돼 있다.

그러나 실제 물질 덩어리들을 살펴보면 반물질은 쉽게 발견되지 않는다. 반물질 원자, 즉 반원자조차도 자연에서 아직 발견되지 않았다. 그러나 반원자 연구는 물리법칙을 이해하는 데 독특한 통찰력을 줄 수 있을 것으로 보인다. 따라서 과학자들은 이 반원자들을 .....