한국연구재단, '중수소 생성 메커니즘' 규명 연구 소개

[충청뉴스 이성현 기자] 수십 년간 풀리지 않았던 우주의 비밀이 드디어 모습을 드러냈다.

한국연구재단은 인하대 권민정 교수가 한국팀 대표로 참여한 ALICE 국제공동연구팀이 유럽핵입자물리연구소(CERN) 거대강입자가속기(LHC)의 양성자간 충돌실험을 통해 중수소 생성 메커니즘을 실험적으로 규명했다고 23일 밝혔다.

가벼운 원자핵인 중수소는 결합에너지가 수 MeV(Mega-electron Volt) 수준으로 매우 약함에도 불구하고 수백 MeV 이상의 에너지가 집중되는 초고온 강입자 충돌 환경에서 다량 생성되는 이상 현상이 관측돼 왔다.

이는 쉽게 깨져야 할 약한 결합의 원자핵이 극한의 조건에서도 생성된다는 점에서 핵물리학의 중요한 미해결 문제로 남아 있었다.

연구팀은 CERN의 LHC에서 수행된 '양성자-양성자' 충돌실험에서 생성된 파이온과 중수소 쌍의 움직임을 정밀하게 분석, 입자들이 어떤 과정을 거쳐 형성됐는지를 추적했다.

특히 델타 공명입자가 붕괴하며 생성된 양성자와 중성자가 다시 결합할 경우, 그 흔적이 데이터에 뚜렷하게 남는다는 점에 주목했다.

분석 결과 관측된 중수소와 반중수소의 약 60%가 델타 공명입자가 붕괴된 이후 형성된 것으로 확인됐으며 모든 공명입자 붕괴의 기여를 포함하면 그 비율은 약 90%에 이르는 것으로 나타났다.

이는 중수소가 충돌 과정에서 곧바로 만들어지는 것이 아니라, 공명입자 붕괴 후 생성된 입자들이 다시 결합하면서 형성된다는 점을 명확히 보여준다.

권민정 교수는 “이번 연구는 중수소 형성 메커니즘에 초점을 맞추었으나, 삼중수소와 헬륨 등 더 복잡한 원자핵에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다”며 “더 큰 규모의 충돌 환경에서 공명입자 붕괴가 핵 형성에 미치는 영향을 체계적으로 비교·검증해야 한다”고 설명했다.