초기우주 비밀 풀어 줄 가장 강력한 입자 소용돌이 구현 성공

초기우주 비밀 풀어 줄 가장 강력한 입자 소용돌이 구현 성공

이번 주 '네이처' 표지는 람다입자의 질량분포를 나타낸 히스토그램이 차지했다. 시간투영상자(TPC) 검출기 속에서 가속, 충돌로 이온화된 입자들이 자기장에 의해 휘어질 때 각 입자의 3차원 운동량을 측정해 얻은 결과다. 

최근 국제 공동연구진이 금 원자의 핵간 충돌 반응을 통해 극한 상태에서 입자가 매우 강력한 에너지의 소용돌이를 만들어낸다는 사실을 발견하고, 이때 람다입자의 물리적 특성을 관측하는 데 처음으로 성공했다. 

람다입자는 3개의 쿼크(u, d, s)로 이뤄진 바리온이다. 미국 브룩헤이븐국립연구소(BNL)의 중이온 충돌실험 그룹인 '스타(STAR, Solenoid Tracker at RHIC)' 그룹 연구진은 이 같은 내용의 연구 결과를 '네이처' 3일자에 발표했다. 강력한 에너지에 의한 빅뱅(대폭발) 직후의 우주 초기 상태에 대한 결정적 단서로, 우주의 기원과 진화를 연구하는 데 큰 도움이 될 것으로 전망된다. 

세계 13개국 500여 명의 연구자들이 참여하고 있는 스타 실험그룹은 우주 초기상태일 것으로 예측되는 고온, 고압의 쿼크-글루온 플라스마(QGP) 상태를 금핵을 이용한 고에너지 중이온 충돌실험을 통해 재현해 왔다. 이번 연구에는 유인권 부산대 물리학과 교수 등 한국 과학자들도 참여했다. 

연구진은 상대론적중이온가속기(RHIC)를 이용해 중심에너지가 80억~400억 eV(전자볼트)인 금핵-금핵 충돌실험을 했다. 그 결과 관측된 입자의 소용돌이는 역대 실험에서 측정된 소용돌이 대비 10¹⁹배 이상, 자연상에서 관측되는 토네이도 대비 10²³배 이상 강력한 것으로 확인됐다. 

빅뱅처럼 극한 상태에서 물질이 초고온, 초고밀도, 초저점성뿐만 아니라 강력한 소용돌이 구조를 이룬다는 사실을 새롭게 발견한 것이다. 

유 교수는 "강력한 에너지로 충돌한 원자핵들이 만들어낸 새로운 물질의 상태와 특성을 연구하면 초기 우주에서 생성된 입자들이 어떻게 상호작용해 현재 우리가 보고 있는 원자, 분자 같은 물질 세계를 만들었는지에 대한 단서를 찾을 수 있다"며 "극한 상태의 유체역학이론 연구에도 중요한 이정표가 될 것으로 기대한다"고 밝혔다.