1회 충돌에 5천개 입자생성 희귀 원소 발견 가능성 높아

● 과학벨트의 핵심 중이온가속기는

'노벨상의 산실'로 불리는 중이온가속기는 국제과학비즈니스벨트의 핵심 연구시설이다. 과학계에선 중이온가속기를 이용해 어떤 실험을 할 수 있을지 벌써 구상에 들어갔다.

지금까지 나온 101개의 노벨 물리학상 중 약 20%가 가속기와 관련이 있다.

중이온가속기는 무거운 금속 이온을 아주 빠른 속도로 가속시키는 장치다. 금속 이온을 다시 금속판에 충돌시키면 희귀한 방사성 동위원소가 대량으로 만들어진다.

일본은 2004년 중이온가속기로 새로운 입자를 발견해 'Japonium'이란 이름을 붙였다. 이후 원소번호 113번을 달아 주기율표에 새로운 원소로 등록했다.

우리나라도 '한국만의 원소'를 발견할 수 있다. 한국의 중이온가속기 'KoRIA(Korea Rare Isotope Accelerator)'는 양성자부터 우라늄에 이르기까지 모든 중이온을 가속할 수 있다. 현재 건설 중인 미국(FRIB)이나 독일의 가속기(FAIR)와 성능이 비슷해 최고 수준의 첨단연구가 가능하다.

▲ '노벨상의 산실'로 불리는 중이온가속기는 국제과학비즈니스벨트의 핵심 연구시설이다. 지금까지 나온 101개의 노벨 물리학상 중 약 20%가 가속기와 관련이 있다. 중이온가속기는 무거운 금속 이온을 아주 빠른 속도로 가속시키는 장치다.

▲금 핵 충돌시키면 입자 5000개 생성=중이온가속기(Heavy Ion Collider)는 쉽게 말해 중이온을 가속시켜 다른 원자핵에 충돌시키는 충돌장치다.

어떤 입자를 가속시키느냐에 따라 가속기의 종류가 결정되는데, 중이온가속기는 말 그대로 무거운 입자를 가속시킨다. 가령 200여개의 핵자로 구성된 금의 핵은 중이온에 해당한다. 반면 방사광가속기는 전자를 가속한다.

중이온을 충돌시키면 지금까지 자연계에 존재하지 않던 새로운 입자가 만들어질 수 있다. 금 핵의 경우 한번 충돌시킬 때마다 5000개 이상의 입자가 생성될 정도니 중이온가속기에서는 희귀한 원소가 탄생할 가능성이 높다.

자연계에서 발견할 수 있는 원소가 1만여개 정도로 알려진 만큼 중이온가속기가 찾아낼 원소는 아직도 무궁무진하다.

▲초신성 폭발 이론 검증에 활용=핵물리학자들은 중이온가속기가 가동되면 초신성 폭발 이론을 검증할 수 있을 것이란 기대도 하고 있다. 기존 핵물리 이론에 따르면 초신성이 폭발하기 위해서는 초신성 중심의 압력과 밀도가 매우 높아야 한다. 이렇게 밀도가 높은 상태에서는 전자가 존재하기 어렵다는 것이 지금까지 정설이었다.

그런데 최근 밀도가 높은 중심부에도 전자가 존재한다는 사실이 밝혀지면서 초신성 폭발 이론이 논란에 휩싸였다. 가상의 컴퓨터 시뮬레이션을 제외하고는 지상에서 초신성 폭발을 재현하기란 불가능하다. /배문숙 기자 moons@