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물질과 반물질의 융합체인 프로토늄(protonuim)을 만드는 방법이 새롭게 발견됐다.

이탈리아 브레시아대의 에반드로 리찌니 연구팀은 양성자와 반양성자가 만나 프로토늄이라는 물질을 만드는 새로운 과정을 발견하고 이를 ‘피지컬 리뷰 레터스’(Physical Review Letters) 10월 9일자에 발표했다.

프로토늄은 2002년 스위스 제네바 유럽입자물리연구소(CERN)의 반수소 발생 실험에서 처음 만들어졌다. 당시 실험을 했던 아테나(ATHENA) 연구팀은 반양성자와 양전자를 진공에서 충돌시켜 반수소를 대량으로 만들었고, ‘네이처’에 이 결과를 보고했다. 그러나 누구도 이 과정에서 프로토늄이 부수적으로 생긴 사실을 눈치채지 못했다.

연구팀은 입자 충돌 파편의 패턴을 다시 분석해 양성자와 반양성자가 충돌해 프로토늄이 만들어졌다는 사실을 알아냈다. 연구팀은 실험에 사용된 반양성자 일부가 이온화된 수소 원자, 즉 양성자와 반응해 프로토늄을 만든 것으로 보고 있다.

프로토늄은 양성자와 반양성자가 만나 에너지로 소멸되기 전, 일정한 거리를 두고 궤도를 돌며 아주 짧은 시간 동안 물질상태로 존재한다. 이 물질은 그동안 격렬한 소립자의 충돌에 의해서만 만들어진다고 알려졌다.

리찌니 교수는 “새로 발견된 화학반응을 이용하면 프로토늄 수천개를 더 쉽게 만들 수 있을 것”이라며 “물질과 반물질의 관계에 대한 더 깊은 연구가 가능해졌다”고 말했다.