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천둥번개 속에 반물질이 있다?




물질과 정반대 성질을 지닌 반물질(antimatter)은 물질과 충돌하면 소멸하면서 막대한 에너지를 방출하는 것으로 여겨진다. 이런 성격 때문인지 반물질은 SF영화나 애니메이션에 자주 등장하기도 한다. 그런데 이런 반물질이 뇌운 속에서 감지된 것으로 밝혀져 눈길을 끈다.

영국 뉴햄프셔대학 조셉 드와이어(Joseph Dwyer) 박사가 뇌운 속으로 예기치 않게 반물질을 감지했다고 한다. 지금까지 양전자는 방사성 원자 붕괴로 만들어지고 이런 붕괴 현상은 대기권 밖에서 쏟아지는 우주선에 의해 발생하는 것으로 여겨졌다.

하지만 드와이어 박사는 지난 10년간 연구를 통해 격렬한 폭풍이 강한 빛과 감마선을 방출할 때 양전자를 생성한다는 걸 증명했다. 그는 당초 플로리다공대와 함께 대기 중 감마선량 조사를 실시했다. 조사에선 입자 감지기를 제트기인 걸프스트림V(Gulfstream V)에 장착해 대기 중 감마선량을 측정했다.

그러던 중 2009년 8월 21일 조지아 해안 지역을 비행하던 중 뇌우를 만났다. 죽는 것으로 생각할 만큼 격렬한 폭풍을 만난 것. 하지만 이 때 감지기가 공교롭게도 3가지 파를 감지한다. 511keV 감마선으로 이는 전자와 양전자가 소멸할 때 발생하는 것이다. 또 감마선을 감지한 건 불과 0.2초로 극히 짧은 시간이었다고 한다. 당시 연구팀은 감마선을 감지한 시간에 제트기가 1∼2km 크기인 양전자 구름에 갇힌 것으로 결론을 냈다.

문제는 어떻게 양전자 구름이 생성됐는지는 불분명하다는 것. 더구나 탐지된 에너지는 양전자가 소멸했을 때 발생한 에너지라고 보기엔 너무 낮았다. 연구팀은 탐지한 감마선이 양전자가 아니라면 양전자에서 생긴 우주선 또는 외부, 그러니까 우주에서 날아온 어떤 입자와 충돌해 초고층 대기에서 소나기를 발생시키고 감마선을 포함한 에너지 입자가 아닐까 추정했다.

하지만 CERN 입자 물리학자인 재스퍼 컥비(Jasper Kirkby) 박사는 연구팀이 감지한 데이터에 확실한 신호가 있다면서도 해석을 뒷받침할 만한 설득력이 부족하다고 언급한 바 있다. 구체적으로 말하자면 연구팀이 추측한 양전자 구름의 크기 짐작이 너무 모호하다는 것.

결국 지금도 연구팀이 2009년 발견한 게 양전자였는지 혹은 다른 미지의 반물질이었는지 여부는 여전히 미궁 속에 빠져있다. 드와이어 박사는 입자 감지기를 탑재한 기구를 폭풍 속으로 보내 반물질 감지를 시도하고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.

이상우 기자  oowoo73@techholic.co.kr

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