세계적인 베스트셀러 작가 댄 브라운의 소설 ‘천사와 악마’에는 ‘반물질 폭탄’이라는 낯선 무기가 등장한다. 미량으로도 지구를 소멸시킬 수 있는 이 폭탄을 막기 위해 주인공 랭던 교수는 목숨을 건 사투를 벌인다. 물질을 구성하는 기본 입자들과 이에 대응하며 반대의 성질을 가진 ‘가상의 물질’인 반물질이 서로 만날 경우 엄청난 에너지를 방출한다는 가설에 착안한 내용이다.

일본, 덴마크 등 8개국 과학자들로 구성된 유럽입자물리연구소(CERN) 연구팀은 17일(현지시간) 과학저널 네이처 최신호에 게재한 논문을 통해 “거대강입자가속기(LHC)를 이용해 수소 원자에 대응하는 반수소 원자를 만들어 유지하는 데 성공했다.”고 밝혔다.

20세기 초반 영국 물리학자 폴 디랙에 의해 존재 가능성이 제기된 반물질은 우리가 알고 있는 전자, 양자, 원자 등과 크기나 특성이 동일하지만 반대의 전하를 띤 물질이다. 미시세계를 설명하기 위해 양자역학과 아인슈타인의 상대성 원리를 결합해 디랙이 고안한 ‘디랙의 방정식’은 2개의 해를 갖는데, 이 중 하나가 우리가 알고 있는 정상물질에 대한 것이고 다른 하나가 반대되는 성질을 가진 ‘반물질’이라는 것이다.

물리학자들은 우주 탄생 초기에 물질과 반물질이 같은 양으로 만들어졌지만 어떤 이유에서인지 반물질이 모두 사라지면서 현재의 물질만 남게 된 것으로 추측해왔다.

CERN 연구진은 작은 공간 안에 7억개의 양전자와 1000만개의 반양성자를 가둬 두고 가속하는 방식으로 38개의 반수소 원자를 만들었다. 이 원자들은 0.2초가량 안정적으로 유지된 뒤 소멸했다.

BBC는 “반입자와 반물질은 생성 즉시 사라지기 때문에 정상 물질과 달리 특정 공간 안에서 유지되기 힘들다.”면서 “연구진은 강력한 자기권역을 만들어 반수소 원자를 잡아넣을 수 있었다.”고 설명했다.

연구에 참여한 제프 항스트 덴마크 아러스대 교수는 “이번 사용한 방법을 이용해 더 많은 반물질 원자를 만들어낸다면 우주 탄생 초기에 존재했던 반물질들이 어디로 사라졌는지 단서를 찾을 수 있다.”고 말했다.

박건형기자 kitsch@seoul.co.kr