한국 등 11개국 국제연구진 탄소핵 내부 결합상태 규명

한국과 미국 등 세계 11개국 연구자로 이뤄진 국제연구진이 탄소핵을 이루는 핵자(양성자와 중성자)가 어떤 상태로 결합해 있는지 실험을 통해 처음 밝혀냈다.

미국 제퍼슨국립가속기연구소를 중심으로 한 국제연구진은 29일자 ‘사이언스’에 실린 논문에서 탄소핵 내부에서 양성자-중성자 사이의 단거리작용(SRC)이 양성자-양성자, 또는 중성자-중성자 단거리작용보다 훨씬 우세하다는 사실을 확인했다고 밝혔다.

연구 결과는 탄소핵내의 핵자간 강한 핵력에 의한 상호작용을 설명해주는 것으로, 별의 마지막 진화단계인 중성자별을 이해하는 데 매우 중요한 단서가 될 전망이다.

연구에는 제퍼슨국립가속기연구소의 양성자 스핀 연구의 실험 책임을 맡고 있는 서울대 물리천문학부 최선호 교수가 공동연구자로 참여했다. 이 실험은 46억 전자볼트(46GeV)의 세기로 전자를 탄소핵과 충돌시켜 양성자나 중성자가 튀어나오게 한 뒤 이를 분석한 것이다.

원자핵 내부에서는 양성자와 중성자가 단거리 작용을 통해 서로 쌍을 이룰 수 있으며, 이를 SRC쌍이라고 한다. 양성자-중성자나 양성자-양성자가 SRC쌍을 이루고 있을 경우 전자와 충돌한 양성자가 튀어 나오면서 쌍을 이루고 있던 양성자나 중성자가 반동에 의해 동시에 튀어 나오게 된다. 실험결과 양성자-중성자가 튀어나오는 경우가 양성자-양성자가 튀어 나오는 경우보다 훨씬 많은 것으로 나타났다. 연구진은 이로부터 탄소핵 내부에는 양성자나 중성자가 쌍을 이루지 않고 따로 있는 경우가 80%, 양성자-중성자가 SRC쌍을 이루는 경우가 18%, 중성자-중성자 또는 양성자-양성자가 SRC쌍을 이룬 경우가 각각 1%라는 결론을 내렸다.

박건형기자 kitsch@seoul.co.kr