우주 탄생 비밀의 문을 열어줄 ‘미니 빅뱅(우주 대폭발)’ 실험이 납 이온을 이용해 성공했다. 유럽입자물리연구소(CERN)는 8일(현지시간) 137억년 전 ‘빅뱅’ 직후의 상태를 아주 작은 규모로 재현해 물질의 기본성질을 밝혀내고자 진행한 실험이 성공했다고 밝혔다. 이번 실험은 스위스 제네바 인근에 설치된 실험용 터널 구조물 ‘거대강입자가속기(LHC) 안에서 납 이온을 충돌시켜 태양 중심부보다 1000만배 높은 극초고온과 극초밀도를 만들어내는 방식으로 진행됐다.

CERN은 이번에 재현된 빅뱅이 매우 작은 규모였으나 우주 기원의 단서가 될 ‘쿼크-글루온 플라스마’로 이뤄진 수프 상태의 물질을 만들어내는 데 성공했다고 밝히고 앞으로 4주 동안 과학자들이 납 이온 충돌로 얻은 자료를 집중적으로 분석할 것이라고 말했다. 학자들은 이번 실험을 통해 빅뱅 직후 100만분의1초 사이에 우주를 구성한 플라스마에 대해 좀 더 많은 정보를 얻어낼 수 있을 것으로 기대한다.

특히 충돌 과정에서 10조도가 넘는 고온이 발생했는데 이는 CERN이 수차례 진행한 빅뱅 실험에서 발생한 온도 가운데 가장 높은 수준이었다. CERN 관계자는 “초고온과 초고밀도 속에서 만들어진 플라스마를 연구하면 원자핵을 서로 묶어주는 힘인 ‘강력’(소립자 간의 강한 상호작용)에 대해 더 많이 알 수 있을 것”이라고 설명했다.

LHC는 우주 탄생의 기원을 밝히고자 CERN이 2008년 9월 100억 달러(약 11조 1000억 원)를 들여 만든 지하 100m, 길이 27㎞의 실험기기다. 과학계는 LHC의 미니 빅뱅 실험을 통해 암흑물질과 반물질의 증거를 찾고 더 나아가 시공간의 숨은 차원까지 발견할 수 있을 것으로 내다보고 있다. LHC에서 최근 2년여간 진행된 충돌 실험에서는 양성자를 사용했으나 이번에는 납 이온을 이용해 실험했다.

납 이온은 납 원자에서 전자를 제거한 상태로 양성자보다 훨씬 무거워 순환시키는 데 더 많은 에너지가 들어가며 이 때문에 납 이온으로 실험하면 과학자들이 원하는 물질을 찾을 가능성이 더 커지는 것으로 알려졌다.

유대근기자 dynamic@seoul.co.kr