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세계 최초로 빛에서 물질 탄생

안정된 상태의 물질과 반물질 생성

물질에서 에너지가 만들어진다는 것은 잘 알려진 사실이다. 아인슈타인의 상대성이론에 따르면 물질은 E=mc2에 따라 에너지로 변환된다. 대표적인 예가 바로 원자폭탄. 물질이 붕괴하면서 없어진 질량이 엄청난 폭발에너지로 변하는 것이다. 과학자들은 이러한 원리를 역으로 이용, 에너지로부터 물질을 만드는 연구를 해 왔다.

최근 로체스터대, 프린스턴대, 테네시대, 스탠포드대 등의 과학자들은 세계 최초로 에너지로부터 물질을 만들었다. 이들은 스탠포드 선형가속기를 이용해 빛으로부터 물질을 생성해내는데 성공했다. 여기서 생성된 물질은 전자와 그 반물질인 양전자였다.

그동안 고에너지 가속기에서 양성자와 반양성자가 생성되는 등 에너지가 물질로 전환되는 것은 여러번 관측됐다.

그러나 이렇게 생성된 물질의 수명은 매우 짧다. 가속기에서 탄생한 물질들은 쉽게 파괴돼 다시 에너지로 바뀌어 버렸다.

이번 연구에서는 엄청난 에너지를 이용해 이전보다 훨씬 안정된 상태의 물질을 얻을 수 있었다. 에너지로부터 물질을 만들어 내려면 엄청난 에너지가 필요하다.

그러나 지구상에서 이러한 에너지를 만들어 내기는 쉬운 일이 아니다. 우주에서조차 엄청난 자기장을 갖춘 중성자별에서나 가능한 정도다. 이번 연구에서는 레이저 빔을 사용한 새로운 기법으로 중성자별과 같이 강력한 자기장을 만들었기 때문에 가능했다.
 

에너지로 물질을 생성시키는데는 고에너지 기술이 핵심이다.
 

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1997년 10월 과학동아 정보

  • 동아일보사 편집부

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