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양자역학에 따르면 진공은 아무것도 없는 상태가 아니다. 존재와 비존재 사이에서 끊임없이 요동치는 다양한 입자로 가득 차 있다. 짧은 순간 존재했다가 사라지기를 반복하는 이런 입자를 가상 입자라고 부른다. 과학자들은 1970년대부터 가상 입자가 거의 빛의 속도로 움직이는 거울에 반사되면 실제 입자가 된다고 추측했다. 이를 동적 카시미르 효과라고 한다. 거울이 자신의 운동에너지 일부를 가상 입자에 전달해 물질화하는 것이다.

연구팀은 빛의 속도에 가깝게 움직이는 거울 대신 거울 역할을 하는 전자회로를 이용했다. 이 전자회로 거울은 자기장에 매우 예민한 초전도 양자간섭장치(SQUID)로 만들었다. 자기장의 방향을 1초에 수십억 번 바꿔 거울이 광속의 25%로 진동하도록 만든 것이다.

그 결과 진공에서 광자가 쌍으로 나타났고, 연구팀은 이를 마이크로파방사 형태로 관측하는 데 성공했다. 동적 카시미르 효과를 처음으로 검증한 것이다.

이 실험에서 광자가 나타난 이유는 광자에 질량이 없어 가상 상태에서 물질화하는 데 들어가는 에너지가 상대적으로 작기 때문이다. 이론적으로는 전자나 양성자 같은 입자도 물질화할 수 있다.

이 연구는 암흑에너지를 설명하는 단서일지도 모르는 진공 요동과 같은 기본적인 물리 현상을 이해하는 데 큰 도움이 된다. 실험 결과는 ‘네이처’ 11월 16일자에 실렸다.