미국 학자들이 물리학계의 오랜 숙원이던 ‘포지트로늄’(물질과 반물질의 결합물) 분자를 만들어 내는 데 성공했다.

리버사이드 캘리포니아 대학의 데이비드 캐시디 교수 연구팀은 전자에 그와 동등한 양의 반물질인 양전자를 결합시켜 약 10만개의 디-포지트로늄(두 개의 원자가 결합된 형태의 분자)을 만들어 냈다고 과학잡지 ‘네이처’ 최신호에 발표했다.

물리학 법칙에 따르면 모든 일반물질 입자(양성자, 전자 등)에는 같은 양의 반입자가 존재한다. 예를 들어 양성자에는 반양성자가 따르고 음의 전기를 띠는 전자에는 양의 전기를 띤 양전자가 있다. 그러나 입자와 반입자가 만나게 되면 고도의 에너지가 발생해 서로 소멸시키기 때문에 극도로 짧은 시간 동안만 결합물인 포지트로늄 분자로 존재한 후 곧바로 질량 전체가 감마선으로 전부 변환된다. 지금까지 포지트로늄 원자는 인공적인 분자 결합 자체가 힘든 데다 10억 분의 몇 초 동안만 존재하기 때문에 이를 관찰하는 일도 현실적으로 불가능한 것으로 알려져 왔다.

캐시디 교수 팀은 2000만개의 양전자를 가둬 두는 특수 덫을 제작, 무수한 구멍을 가진 실리콘 표면에 40억분의 1초 동안 발사하는 방법을 사용했다.

그러자 구멍에 갇힌 양전자들은 전자를 붙잡아 포지트로늄 원자를 형성했으며 포지트로늄 원자들은 서로 연결돼 약 10만개의 2원자 분자, 즉 디-포지트로늄을 형성한 뒤 소멸됐다.

물리학자들은 암흑 상태의 우주에서 생명 탄생의 결정적인 역할을 한 것으로 알려져 온 포지트로늄 분자의 실존이 증명됨에 따라, 초기 우주의 실체 규명 작업이 한층 탄력을 받을 것으로 보고 있다.

일각에서는 상호소멸 때 발생하는 엄청난 양의 감마선 에너지를 응집해 조절할 수 있으면 공상과학 영화에서나 등장하는 행성을 소멸시킬 수 있는 수준의 레이저 무기 개발도 가능할 것으로 보고 있다.

박건형기자 kitsch@seoul.co.kr