초강력 레이저빔과 길이 3.2㎞의 입자 가속기만 있으면 진공 상태에서 물질과 반물질을 만들어 낼 수 있다는 사실이 이론적으로 입증됐다. 반물질의 존재를 주장한 ‘디랙 방정식’을 획기적으로 발전시킨 성과로 평가된다.

미국·프랑스 공동 연구진은 지난 8일(현지시간) 물리학저널 ‘피지컬 리뷰 레터스’에 게재한 논문에서 “일정한 조건이 충족된다면 진공에서 수많은 입자와 반입자를 만들어낼 수 있으며, 이를 통해 진공이 ‘아무것도 없는 상태’가 아니라는 것을 입증할 수 있다.”고 밝혔다.

케임브리지대 교수였던 폴 디랙은 1930년대에 진공을 ‘수많은 물질과 반물질, 입자와 반입자의 결합’이라고 주장했다. 그는 다만 이들이 높은 밀도로 뭉쳐 있어 관찰 가능한 효과가 모두 상쇄되기 때문에 아무것도 없는 것처럼 보일 뿐이라는 가설을 제시한 뒤 이를 ‘디랙 방정식’으로 구성한 바 있다.

공동 연구진이 만들어낸 새로운 공식에 따르면 특정 조건에서 진공을 기본 물질과 반물질로 분리할 수 있으며 이에 따른 연쇄반응으로 입자와 반입자가 계속 생성된다. 단 하나의 전자에서 수백개의 입자가 만들어지는 것도 가능하다.

연구진의 존 니스 교수는 “물질과 반물질은 정상적인 조건에서 접촉하면 즉시 서로를 파괴하지만 강력한 전자기장 안에서는 이런 상쇄 작용에서 나타난 감마선 광자가 새로운 물질인 전자와 반물질인 양전자를 생성한다.”고 설명했다. 이고르 소코로브 연구원은 “초신성 폭발이나 중성자별 주변에서 이런 일이 자주 발생할 것”이라고 말했다.

박건형기자 kitsch@seoul.co.kr