우주의 팽창속도가 갈수록 가속되고 있다는 놀라운 사실이 밝혀졌다. 우주팽창의 가속 페달을 밟고 있는 것은 암흑물질과 암흑 에너지라는 데 천문학자들은 이견이 거의 없다. 그렇다면 팽창의 끝에는 대체 무엇이 기다리고 있는 걸까? 우주의 운명은 어떻게 끝날까? 우주의 물질 밀도는 갈수록 떨어져 결국에는 우주가 텅 비다시피 될 거라고 천문학자들은 예측한다. 일찍이 라이프니츠는 “왜 세상에는 아무것도 없지 않고 무엇인가가 있는가?”라는 원초적 질문을 던졌는데, 현대 우주론자는 이렇게 대답한다. “신경 쓸 거 없다. 머지않아 텅 비워질 테니까.” 우리가 사는 우주는 우리가 생각하고 상상하는 것 이상으로 기묘한 동네임이 분명하다. 새해를 맞이한 이 시점에서 우주에 관한 놀라운 진실 7개를 알아보기로 한다. 1. 우주는 정말 오래된 것이다​ 우주는 138억 년 전 빅뱅으로부터 시작되었다. 이는 WMAP 같은 초정밀 측정기기를 탑재한 탐사선을 우주로 내보내 측정한 데이터로부터 뽑은 계산서이기 때문에 오차 범위는 1억 년을 넘지 않는다. 우주에 있는 물질과 에너지 밀도를 측정하고 팽창속도를 연관 지어 계산하면 빅뱅이 언제 일어났는가를 정확히 짚어낼 수 있다. 그래서 알아낸 것이 138억 년이다. 100년을 초로 환산하면 약 30억 초인데, 그 30억 초도 제대로 못사는 인간을 생각할 때 138억 년이란 거의 영겁 같은 시간이다. 이처럼 우주는 오래되었다. 2. 우주는 점점 더 커지고 있다​ 1920년대에 미국 천문학자 에드윈 허블이 우주가 정적이 아니라, 팽창하고 있다는 혁명적인 발견을 세상에 알렸다. 지구가 한 자리에 가만있는 것이 아니라, 태양 둘레를 돈다는 사실을 알아낸 것이 겨우 300년밖에 안 되었는데, 하늘까지 무서운 속도로 날아가고 있다는 것이다. 인간 만사가 불안정한 것은 그렇다 치고라도, 이렇게 땅이고 하늘이고 간에 삼라만상이 무상한 것을 보고 세상 사람들은 황망함을 감출 수 없었다. 하지만 이것이 끝은 아니었다. 우주공간이 계속 팽창해 가더라도, 물질의 속성인 만유인력에 의해 점차 속도가 늦추어지거나, 종국에는 수축할 것이라고 예상해왔는데, 그게 아니었다. 우주의 팽창속도가 점차 빨라져 가고 있다는 관측보고가 다시 들어왔다. 1998년, 허블 우주망원경은 아주 먼 거리에서 폭발한 초신성을 자세히 관측한 결과, 오랜 과거에는 우주가 지금보다 느리게 팽창했다는 사실을 발견했던 것이다. 그렇다면 무엇이 우주의 팽창을 가속하고 있다는 말인가? 과학자들은 그 범인을 암흑 에너지라고 지목했다. 이 정체를 알 수 없는 암흑 에너지가 우주공간을 점점 더 빨리 잡아 늘이고 있다는 것이다. ​ 3. 우주 팽창속도가 점점 빨라지고 있다​ 미스터리에 싸인 암흑 에너지의 존재가 우주를 단순히 팽창시키는 것이 아니라, 더욱 가속 팽창시키고 있다는 사실이 밝혀져 천문학자들을 당혹 속에 빠뜨렸다. 1998년, 두 팀의 천문학자 연구진이 그동안의 관측 데이터를 분석한 결과 똑같이 이러한 결론에 이르렀다. 이들 연구에 따르면, 더 먼 은하일수록 더 빠른 속도로 멀어져가고 있다고 한다. 우주의 가속팽창은 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 확인시켜주는 것으로, 과학자들은 중력에 반하는 척력으로서 우주팽창을 가리키는 아인슈타인의 중력 방정식의 우주상수를 부활시켰다. 우주의 가속팽창을 발견한 3명의 과학자는 2011년 노벨 물리학상을 받았다. 4. 우주는 편평하다​​ 우주의 형태를 결정짓는 것은 우주에 담겨 있는 물질에 기초한 중력과 우주를 팽창시키는 척력과의 줄다리기다. 우주의 물질 밀도가 임계치 이상이면 우주는 닫혀서 공 표면처럼 된다. 이를 닫힌 우주라 한다. 이 우주는 경계는 있지만, 끝은 없는 우주다. 개미가 구면을 한없이 기어가더라도 끝에 다다를 수 없는 것이나 같다. 이 우주는 그러면 어떻게 되는가? 결국, 팽창을 멈추고 수축하기 시작하여 종국에는 한 점으로 붕괴할 것이다. 이를 ‘대파열’(Big Crunch)이라 한다. 반대로 밀도가 임계치 이하이면 무한 팽창을 영원히 계속하는 열린 우주가 된다. 그 형태는 말안장과 같은 꼴이다. 그 끝에는 물질의 밀도가 극도로 낮아져 온 우주가 자체로 거대한 무덤이 되는 ‘열사망’이 기다리고 있다. 열사망이란 온 우주의 온도가 얼음 덩어리처럼 완전 평형을 이루어 어떤 에너지도 이동하지 않은 상태를 말한다. 만약 우주의 물질 밀도가 임계치에 딱 들어맞는다면, 우주의 기하학적 모양은 종잇장처럼 ‘편평’한 꼴이 된다. 이 우주는 영원히 팽창은 하겠지만 결국 팽창률은 영(0)에 수렴된다. ​최근의 관측결과는 2% 오차 범위 내에서 우주는 편평한 것으로 나타났다. 우리는 지루하겠지만 당분간 팽창하는 우주를 하염없이 바라다볼 운명인 셈이다. 5. 우주는 보이지 않는 정체불명의 물질로 꽉 차 있다 우주를 이루고 있는 물질 중에는 보이지 않는 물질이 압도적으로 많다. 사실 우리 눈에 보이는 별이나 행성, 은하들이 차지하는 비중은 겨우 4%밖에 안 된다. 나머지 96%는 보이지 않는 것들, 곧 암흑물질과 암흑 에너지라는 얘기다. ​이 둘에 '암흑'이라는 접두어가 붙은 것은 빛과 상호작용을 하지 않아서 보이지 않으며, 그 정체를 알지 못하고 있다는 뜻이다. 그래도 천문학자들은 그들의 존재를 믿어 의심치 않는다. 왜냐하면, 그들이 일반물질과 중력으로 상호작용을 함으로써 그 존재를 드러내고 있기 때문이다. 복면을 쓴 이 암흑물질을 본 과학자는 아직 한 사람도 없다. 그 존재는 뼈저리게 느끼고 있지만, 그게 무엇인지는 모른다는 말이다. 현대 물리학과 천문학의 최대 화두가 바로 암흑물질과 암흑 에너지다. 이들을 뺀 나머지 4%의 가시적인 물질에 까치발을 하고 서서 캄캄한 우주를 올려다보고 있는 존재가 바로 우리 인간인 것이다. 6. 우주는 그 탄생의 ‘메아리’를 갖고 있다 아기가 태어날 때 우는 소리를 고고성(呱呱聲)이라 한다. 우주도 태어날 때 고고성을 울렸다. 단, 소리가 아니라 엄청나게 뜨거운 ‘열’이었다. 모든 열은 빛을 낸다. ​빅뱅으로 우주가 탄생할 때 뿜어냈던 열은 138억 년이 흐르는 동안 많이 식어 마이크로파가 되어 우주를 꽉 채우고 있다. 이것을 우주배경복사라 한다. 랠프 앨퍼, 조지 가모브 등이 이론적으로 그 존재를 예측했고, 오늘날 배경복사의 온도는 5K, 즉 대략 -268℃쯤 된다는 계산서를 뽑아냈다. ​마침내 1964년에 미국의 전파 천문학자 아노 페지어스와 로버트 윌슨이 고감도 안테나로 배경복사를 발견했고, 이들은 이 공로로 1978년 노벨 물리학상을 받았다. 당신도 이 빅뱅의 메아리를 직접 확인할 수 있다. 방송이 없는 TV 채널을 켜면 지직거리는 선들이 나타날 것이다. 그중 1%는 바로 우주가 탄생할 때 나온 전자기파가 138억 년 동안 우주를 떠돌다가 TV 안테나를 타고 당신의 시신경을 건드린 것이라고 해도 틀린 말이 아니다.​ 7. 다른 우주들이 있을 수도 있다? 우리가 사는 우주가 수많은 우주 중에서 하나일 뿐일지도 모른다는 가설이 바로 다중 우주론이다. 다중 우주론은 지금 이 순간에도 우주는 빅뱅 이후에 시작된 ‘영구적인 인플레이션(Eternal Inflation)’ 과정에 있다고 본다. 다중 우주론을 배태시킨 인플레이션 우주론은 우주가 밀도가 무한한 한 공간에서 시작됐으며 초창기에 우주가 기하급수적으로 팽창하는 시기가 있었다고 설명하는 인플레이션 이론을 바탕으로 한다. 이 인플레이션 과정에서 우주 안팎에 각각 다른 물리 법칙들이 지배하는 새끼 우주들이 계속 생겨난다는 것이다. 이 같은 다중우주론은 그동안 수많은 논란을 불러일으켰으며, 아직까지 순전한 가설의 영역을 벗어나지 못하고 있다. 이것을 부정적인 시각으로 보는 사람들은 대부분 우리 우주에 영향을 주지 않는, 평행하게 진행하고 있는 다른 우주를 관측하는 것이 불가능한 이상, ‘관측할 수 없는 것이 존재하고 있다’는 것은 합당하지 않다고 주장한다. 다중우주론자들은 우주배경복사에서 우주 충돌의 단서를 열심히 찾았지만 어떤 조짐도 발견하지 못한 상태다. 신의 존재 증명처럼 영원히 증명할 수 없는 가설로 끝날지, 아니면 어떤 단서가 밝혀질지는 아무도 장담할 수 없다. 사진=NASA/ESA 이광식 통신원 joand999@naver.com

지구 상에서 가장 비싼 물질이 영국에서 만들어지고 있다. 지난 5일(현지시간) 영국 일간지 텔레그래프에 따르면 옥스퍼드대의 한 실험실에서는 1g당 1억 1000파운드(약 1900억 원)의 가치를 지닌 신물질을 만들어내고 있다. 이 물질은 탄소 원자 60개로 이뤄진 탄소 동소체 ‘풀러린’ 속에 질소 원자들이 들어 있는 구조를 이루는데 이를 ‘내면체성 풀러린’(endohedral fullerenes)이라고 부른다. 풀러린은 그 구조가 공 모양이어서 ‘버키볼’이라고도 한다. 이런 내면체성 풀러린으로, 과학자들은 고부가가치 산업에 활용할 수 있다고 말한다. 이 물질을 사용하면 세상에서 가장 정확한 원자시계를 휴대전화에 집어넣고 다닐 수 있을 만큼 작게 만들 수 있고, 무인 자동차 개발에 있어 꼭 필요한 GPS 내비게이션을 1mm의 사물까지 구분할 만큼 정확하게 만들 수 있다. 나노물질학자 키리아코 포르피라키스(45) 박사는 이런 물질을 상용화하기 위한 연구를 2001년부터 진행하고 있다. 그는 “모바일 분야에서 이는 차세대 혁명이 될 것”이라고 말한다. 내면체성 풀러린은 다이아몬드나 그래핀처럼 다양한 형태로 존재하는 탄소 원자로 구성된다. 이 물질은 최근 단 200㎍이 2만 2000파운드(약 3880만 원)에 팔리기도 했다. 이를 1g으로 계산하면 1억 파운드가 넘는 것이다. 한편 지구를 넘어 우주까지 범위를 넓히면 세상에서 가장 비싼 물질은 따로 있다. 바로 반물질이다. 이는 우리가 사는 세상을 구성하는 물질과 다른 특성을 갖고 전하값은 반대인 물질을 통칭한다. 1g당 무려 62조 5000억 달러(약 7경 1187조 5000억원)의 가치를 지니고 있다. 이 물질은 미래에 우주선 연료나 새로운 에너지 수단으로 쓰일 전망이다. 그다음으로 가치가 높은 물질은 암 치료제로 잘 알려진 캘리포늄으로 1g당 약 308억 원의 가치를 갖고 있다. 다이아몬드는 1g(5캐럿)당 약 6280만 원으로 알려졌다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

자연환경은 물론 원자로에서 방출되고 있는 특정 방사성물질이 얼마나 되는지 알 수 있는 세계지도를 과학자들이 처음으로 만들어냈다. 지질학자와 물리학자로 구성된 한 연구팀이 ‘반중성미자’(反中性微子·antineutrino)라는 특정 물질의 방출을 나타낸 최초의 세계지도를 공개했다고 영국 일간 데일리메일 등 외신이 보도했다. 이 지도는 이미지를 통해 기존 혹은 새롭게 건설된 원자로들에서 발생하는 방사선을 관찰하는 것은 물론 지구 내부의 ‘에너지 수지’(에너지의 유입과 배출)에 관한 중대한 기준선을 제공한다. 지도 제작은 미국 국립지리정보국(NGA) 주도로 미 매릴랜드대(UMD)와 하와이대, 하와이퍼시픽대, 울트라리틱스 유한회사(Ultralytics, LLC) 소속 연구자들과의 협력을 통해 이뤄졌다. 반중성미자는 흔히 ‘유령 입자’로도 알려진 중성미자(中性微子, neutrino)의 반물질로, 두 물질은 과학계에서는 가장 작은 원자구성입자로 알려졌다. 중성미자가 유령 입자로 알려진 이유는 전기적으로 중성을 띠며 질량이 영(0)에 가까워 다른 물질과 거의 반응하지 않기 때문이다. 물론 반중성미자 역시 이런 성질이 있기는 마찬가지이지만, ‘역베타붕괴’로 불리는 과정에서 검출할 수 있어 과학자들은 이 물질에 주목하고 있다. 이들 입자는 우리 태양과 같은 별이나 그런 별의 마지막 단계인 초신성, 또 그 폭발로 발생하는 블랙홀, 그리고 우리 인간이 만들어낸 원자로에서 핵반응을 일으킬 때 생성되는 일종의 산물이다. 또 지구를 구성하는 깊숙한 곳에서도 방사성 붕괴 과정으로 이런 입자가 생기며 이때 방사성 열을 발생한다. 이런 반물질을 검출하고 지도로 작성하는 연구에 참여한 윌리엄 맥도너 UMD 지질학과 교수는 “지구 내부는 오늘날 기술로도 관측하기가 꽤 어렵다. 이전 연구자들은 꿈이라고만 했지만 우리는 지도를 통해 반중성미자의 활동 위치를 파악할 수 있다”고 설명했다. 또 “이 지도는 더 깊은 지각과 맨틀 내부에서 일어나는 과정에 관한 앞으로의 연구에 특히 유용할 것”이라고 말했다. 반중성미자를 찾아내려면 건물 크기만한 거대한 검출기가 필요하다. 연구팀은 이번 연구에서 지구 깊은 곳에서 방출되고 있는 자연적인 반중성미자를 파악하기 위해 이탈리아와 일본에 있는 두 검출기를 통해 수집된 데이터를 분석했다. 여기에 국제원자력기구(IAEA)가 수집한 현재 운영 중인 원자로 400개의 데이터를 더했다. 그 결과, 전체에서 인위적인 원자로로부터 방출된 반중성미자는 자연적인 것을 합친 총량의 1% 미만을 차지하는 것으로 확인됐다. 반중성미자 검출은 또 지구 곳곳에서 비밀리에 진행되는 핵실험 흔적을 확인하는 데도 사용할 수 있다. 이는 핵반응 중 발생하는 반중성미자는 거의 모든 물질을 통과하는 성질이 있기 때문. 이에 대해 맥도너 교수는 “원자로들을 계속 예의 주시하는 것은 국제적인 안전과 안보를 위해 중요하지만, 지질학자로서 난 특히 지구 내부에 대해 배울 수 있어 기대하고 있다”고 말했다. 또 “이 프로젝트는 우리가 지질학적인 시간 규모에서 지구의 ‘에너지 수지’에 관한 기본 정보를 알 수 있도록 하고 지금까지 알려지지 않은 새로운 정보도 밝혀낼 수 있다”고 설명했다. 연구팀은 앞으로 지구 내부 모델을 개선하고 반중성미자 탐지 기술을 보완하는 것으로 정기적으로 반중성미자의 방출을 나타낸 세계지도를 업데이트해 나갈 계획이다. 또 지도를 업데이트할 때는 새롭게 건설된 원자로는 추가하고 폐쇄된 것은 제외할 것이라고 한다. 그 모든 것을 합한 지도는 지구의 전반적인 방사선을 보여줄 것이다. 이번 지도 제작 연구를 이끈 NGA 소속 연구개발(R&D) 과학자 숀 우스만 박사는 “반중성미자는 지구의 자연적인 방사선에 의해서만 생성되는 입자”라면서 “NGA는 앞으로 지구에서 발생하는 감마선과 중성자 방출을 나타낸 지도도 만들 것”이라고 밝혔다. 한편 이번 연구성과는 국제 학술지 ‘사이언티픽 리포츠’ 9월 1일자 온라인판에 게재됐다. 사진=미국 국립지리정보국(NGA) 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

물리학자들이 지구상에서 가장 차가운 공간을 만들어냈다고 미국 인터넷매체 허핑턴포스트가 27일(현지시간) 보도했다. 이 공간은 약 399kg짜리 구리 소재 구조물로 내부 온도는 6밀리캘빈(mK)까지 떨어뜨릴 수 있다. 이는 화씨 영하 459.659도(섭씨 영하 273.14도)로 절대영도(0K, 섭씨 영하 273.15도) 수준이다. 이 프로젝트를 주관한 카스텐 히거 미국 예일대 물리학과 교수는 “이는 중대한 기술적 성취”라고 성명을 통해 밝혔다. 카스텐 히거 박사는 극저온 연구를 위한 이탈리아 중성미자 검출기인 ‘쿠오레’(CUORE, 극저온 지하 드문현상 관측소)를 운용하는 그란사소 국립실험실과 협력 관계에 있는 대학 내 아서 라이트 실험실 소장이다. 따라서 이 프로젝트에는 이탈리아는 물론 미국, 중국, 스페인, 프랑스 등 여러 국가의 과학자 130여 명이 참여하고 있다. 세계 기록을 세운 이 공간은 ‘크라이오스탯’이라는 저온유지 장치로 미지의 아원자 입자인 중성미자 검출에 쓰인다. 연구팀은 “이 공간에서의 실험으로 ‘중성미자 미방출 이중 베타(β)붕괴’(neutrinoless double-beta decay)로 불리는 희귀 과정을 관찰할 수 있을 것”이라고 기대하고 있다. 중성미자가 없는 이중 베타붕괴란 2개의 중성미자나 반중성미자를 방출하지 않는 과정에서 이중 베타붕괴(핵물리학의 방사성 감쇠 중 하나로 전자나 양전자인 베타입자가 방출되는 방사성 감쇠를 뜻함)가 가능하다는 것으로, 이 과정에서 방출되는 중성미자가 그 즉시 원자핵 내부의 다른 핵자(핵알, 원자핵을 구성하고 있는 양성자와 중성자 등을 총칭)에 의해 반중성미자로서 흡수돼 두 전자의 전체 운동 에너지는 정확히 처음과 나중 상태의 원자핵 결합 에너지의 차이가 된다. 즉 중성미자가 반중성미자와 실제로는 같은 입자라는 ‘마요라나 입자’인 것을 입증해 이로써 우주에는 반물질보다 물질이 풍부한 이유를 설명하게 된다고 연구팀은 밝히고 있다. 사진=INFN 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

작은 은하군끼리 충돌해 생긴 ‘총알 은하군’에서 고온의 가스와 암흑물질이 분리하는 모습이 관측됐다. 질량이 큰 은하단 외에 이런 현상이 나타난 것은 처음이다. 유럽우주기구(ESA) XMM-뉴턴우주망원경의 데이터로 합성한 이 이미지는 지구로부터 바다뱀자리 방향으로 약 40억 광년 떨어진 ‘총알 은하군’의 모습이다. 분홍색은 X선으로 관측한 은하 사이의 고온 가스. 파란색은 암흑물질의 분포를 나타낸 것으로, 이는 직접 관측할 수 없으므로 배경이 되는 천체의 빛이 일그러져 보이는 ‘중력렌즈 효과’를 통해 측정한 것이다. 천문학자들은 이 총알 은하군이 2개의 은하군이 충돌한 것으로 보고 있다. 좌우 2개로 나뉜 파란색 부분 중 오른쪽이 화면 왼쪽 아래에서 오른쪽 방향으로 이동해 ‘총알처럼’ 부딪쳐온 은하군으로 예측되고 있다. 두 은하군에서 각각의 은하와 암흑물질 분포는 거의 그대로 유지하지만, 고온의 가스는 전자기 상호작용으로 뒤섞여 하나의 큰 덩어리가 됐다. 이런 고온 가스와 암흑물질의 분리는 용골자리의 ‘총알 은하단’ 등 소수의 질량 큰 은하단을 통해 알려졌었지만, 바다뱀자리 총알 은하군과 같은 작은 천체에서는 최초로 관측된 것이다. 수십 개의 은하가 모인 은하군은 수백~수천 개의 은하가 모인 질량이 큰 은하단보다 훨씬 많이 존재한다. 천문학자들은 총알 은하군과 같은 천체를 표본으로 암흑물질과 일반물질과의 상호작용을 조사하면 암흑물질이 우주 전체에서 어떤 역할을 하고 있는지를 새로운 관점에서 살펴볼 수 있으리라고 말하고 있다. 사진=ESA/XMM-Newton 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

■천사와 악마(OBS 토요일 밤 10시 15분) 최대의 과학연구소 ‘CERN’(유럽원자핵공동연구소)에서 우주 탄생을 재현하는 빅뱅 실험이 진행된다. 물리학자 비토리아와 동료 실바노는 빅뱅 실험을 통해 강력한 에너지원인 반물질 개발에 성공하지만 실바노가 살해당하고 반물질이 사라지는 사건이 발생한다. 한편 하버드대 종교기호학 교수 랭던은 교황청으로부터 의문의 사건과 관련된 암호 해독을 의뢰받는다. 새로운 교황을 선출하는 고대의식인 ‘콘클라베’가 집행되기 전 가장 유력한 4명의 교황 후보가 납치되고, 교황청에 일루미나티의 상징인 앰비그램이 나타난다. 500년 만에 부활한 일루미나티는 4명의 교황 후보를 한 시간에 한 명씩 살해하고, CERN에서 탈취한 반물질로 바티칸을 폭파시킬 것이라며 가톨릭 교회를 위협한다. 사건을 해결하고자 로버트 랭던과 비토리아는 일루미나티의 단서를 파헤치며 계몽의 길을 추적한다. ■장례식의 멤버(KBS1 토요일 밤 1시 5분) 열일곱 살 소년 희준의 장례식에 한 무리의 사람들이 모인다. 서로 부르는 호칭으로 짐작해볼 때 이들은 한가족이다. 이들은 각자의 일상에서 누구보다 가깝게 희준을 공유했던 장례식의 멤버들이지만, 정작 서로 왜 장례식에 오게 되었는지는 알지 못한다. 더없이 냉랭한 분위기의 이 가족을 살펴보면 아버지인 준기는 지루할 정도로 평범해 보이는 중년의 대학농구단 재활치료사이지만 어두운 비밀을 간직한 남자이다. 한때 애거서 크리스티 같은 추리소설 작가를 꿈꿨던 어머니 정희는 고등학교 문학교사로 일하는 지금도 더 많은 미스터리를 필요로 하는 아마추어 작가이며, 이들의 딸 아미는 학교수업과 시체염습을 수년째 병행해 온 조금 특별한 여고생인데…. ■안녕, 형아(EBS 일요일 밤 11시) 9살 장한이는 세상에서 무서울 게 없는 말썽꾸러기다. 학교 친구들은 모두 자기 똘마니이고 가족들은 부하나 다름없다. 특히 가끔 아프다고 투정부리는 형, 한별은 최고의 괴롭히기 연습 상대다. 오늘도 형아는 아프단다. 학원 가야 한다고 알람시계 맞춰 놓고 형이 잠든 사이에 몰래 알람시계를 꺼 버렸는데, 그만 엄마한테 딱 걸리고 만다. 장한이 빠져나올 구멍은 단 한 가지, 형이 아파서라는 이유뿐이다. 한편 엄마의 회초리가 무서워 슬금슬금 피하고 있는데 형이 갑자기 뭔가 울컥 토하고는 쓰러지고, 급하게 병원으로 향한 엄마는 그곳에서 의사할아버지와 뭔가 심각한 듯한 대화를 주고받는다. 그리고 형은 머릿속에 나쁜 혹이 있어서 머리를 열어서 잘라 낸다고 한다.

‘저게 실제로 가능할까.’ 첨단 과학 기술이 등장하는 영화를 볼 때면 누구나 쉽게 하는 질문 중 하나다. 타임머신을 이용해 과거와 미래를 넘나드는 ‘백 투 더 퓨처’를 비롯해 관객들이 실현가능성에 의문을 던지는 영화들은 지금도 끊임없이 탄생하고 있다. ‘쥬라기 공원 3D’에 나오는 공룡의 복원, ‘아이언맨 3’에 등장하는 인공지능 프로그램 자비스, 빛보다 빠른 속도로 행성 간을 이동하는 ‘스타트렉 다크니스’의 워프(Warp)가 대표적이다. 영화 속 과학 기술의 실현 가능성에 대해 살펴보자. 쥬라기 공원 3D는 벨로시랩터 등 다양한 공룡들의 등장으로 공룡 부활 가능성에 대한 궁금증을 일으킨다. 영화에서는 공룡의 피를 빨고 난 뒤 호박 속에 굳은 채로 보관된 모기에서 공룡의 유전자(DNA)를 추출해 이를 양서류에 넣어 부활시키는 방식을 보여준다. 오랜 시간 손실된 DNA는 양서류의 DNA로 대체한다는 이론으로 과학적 근거를 갖춘 것이다. 실제로 지난 5월 러시아 극동지역에서는 보존 상태가 매우 좋은 매머드 사체가 발견돼 매머드 복원 프로젝트가 활기를 띠고 있다. 이제까지는 복제에 사용할 수 있을 만큼 제대로 된 샘플이 없어 연구에 난항을 겪어왔다. 그러나 상태가 좋은 매머드 사체의 발견으로 러시아 과학자들의 매머드 복원 계획은 한층 빨라졌다. 매머드 사체에서 추출한 세포핵으로 배아세포를 만든 뒤 이를 코끼리 자궁에 착상시킬 예정이다. 아이언맨 3에서는 주인공 토니 스타크가 개발한 인공지능 프로그램 자비스가 등장한다. 자비스는 토니의 개인 연구에서 생활 전반에 이르기까지 스스로 판단하고 제어하는 것은 물론 농담까지 건네는 똑똑한 시스템이다. 이런 지적 시스템은 현실에서도 제작되고 있다. 미래창조과학부는 전문가와 소통하며 의사결정까지 하는 인공지능 소프트웨어인 엑소브레인(Exobrain·外腦) 소프트웨어 프로젝트를 시작했다. 총 3단계 사업으로 나눠져 있으며 한국전자통신연구원, 민간기업 솔트룩스, 카이스트, 포스텍 등 26개 연구기관과 연구원 366명이 참여하고 428억원이 투입됐다. 2단계 사업이 끝나는 2020년이면 전문 지식을 갖춘 인간과 대화와 협업이 가능하고, 3단계(2023년)에선 문제해결형 인공지능의 사용 기술 개발을 목표로 하고 있다. 스타트렉 다크니스의 주인공들은 빛보다 빠른 속도로 이동하는 워프 항법(航法)을 이용해 행성을 오간다. 이론적으로는 가능하다고 알려진 이 항법은 물질과 반물질의 충돌로 큰 에너지를 발생시켜 우주선 주위 시공간을 왜곡시킴으로써 먼 거리를 가깝게 하는 것이다. 이런 우주 여행 기술은 현재 개발 단계에 있다. 미 항공우주국(나사) 존슨 우주센터 화이트 헤롤드 박사 연구팀은 수학 방정식을 통해 우주의 틈을 발견한 후 ‘화이트-주데이 워프 필드 계측기’란 장비를 이용해 워프 기술의 가능성을 증명하고 있다. 이 실험이 성공하면 단 500㎏ 수준의 에너지를 이용해 빛의 10배에 이르는 속도로 우주를 여행할 수 있으며, 지구와 20광년 떨어진 별까지 가는 데 2년이면 된다고 헤롤드 박사 연구팀은 설명하고 있다. 이범수 기자 bulse46@seoul.co.kr

국제우주정거장(ISS)에 설치된 ‘알파자기분광계’(AMS) 자료를 분석하고 있는 국제물리학연구팀이 우주 구성 물질 중 대부분을 차지하는 ‘암흑물질’에 대한 단서를 처음으로 발견했다고 영국 BBC와 AFP 통신 등 외신들이 3일(현지시간) 보도했다. 우주 총 물질의 90% 이상을 차지하는 암흑물질은 가시광선이나 적외선 같은 전자기파로는 관측되지 않으며, 오로지 중력을 통해서만 인식할 수 있다. 이 때문에 과학자들은 그동안 우주생성의 미스터리를 풀 수 있는 암흑물질이 어떤 요소로 구성돼 있는지 밝혀내지 못하고 있었다. AMS 분석팀을 이끌고 있는 노벨 물리학상 수상자 새뮤얼 팅 매사추세츠 공대(MIT) 교수는 이날 스위스 유럽입자물리학연구소에서 열린 세미나에서 “AMS로 약 250억개의 소립자 이벤트를 관찰했으며, 이 중 약 80억개가 빠른 속도로 이동하는 전자와 그 반물질인 양전자로 추정된다”고 밝혔다. 이는 현재까지 우주에서 수집된 반물질 가운데 최대 규모로, 양전자가 우주의 어느 방향에서 온 것인지 파악되면 암흑물질의 존재를 파악할 수 있는 결정적인 증거가 된다. 팅 박사는 “이 양전자가 암흑물질의 신호인지 아니면 다른 데서 온 것인지 수개월 안에 결론을 내릴 수 있을 것”이라고 덧붙였다. 일부 학자들은 암흑물질이 약한 상호작용을 하는 ‘윔프’라는 소립자로 구성돼 있다고 추정하고 있다. 윔프는 각자 대칭되는 반물질을 갖는 무거운 소립자로, 물질과 반물질이 충돌하면 서로 소멸하면서 전자와 양전자라는 새로운 입자들이 생성된다. 지금까지 윔프의 충돌을 관측할 수 있는 곳은 스위스와 프랑스 국경지대 지하에 있는 CERN의 강입자가속기(LHC)와 우주공간뿐이었다. 16개국 과학자들이 10년에 걸쳐 20억 달러를 투입해 만든 AMS는 우리 은하에서 암흑물질이 소멸하면서 생기는 양전자와 전자를 수집해 입자들의 질량과 속도, 에너지 같은 근본적인 성질을 밝혀낼 자료를 제공해와 물리학계의 숙원인 암흑물질의 존재를 확인할 수 있을 것으로 주목을 받아 왔다. 최재헌 기자 goseoul@seoul.co.kr

스위스 제네바역에서 프랑스 국경 쪽으로 15분쯤 차를 달리면 소도시 메이런에 도착한다. 하얗게 눈으로 덮인 전원도시 한가운데에 나무로 만들어진 거대한 지구 모양의 ‘더 글로브’가 우뚝 솟아 있다. 지난해 ‘힉스 입자’(Higgs bosson·137억년 전 우주대폭발 직후 우주 만물에 질량을 부여한 것으로 알려진 신(神)의 입자)의 발견으로 전 세계를 떠들썩하게 했던 현대 물리학의 최전선. 유럽입자물리연구소(CERN)의 상징이다. 글로브를 둘러싼 둥근 원형고리는 이 지역 일대 지하 50~100m에 묻힌 27㎞ 길이의 거대강입자가속기(LHC) 터널을 의미한다. ‘우리는 어디에서 왔는가? 우리는 어디에 있는가? 우리는 어디로 가는가?’(Where do we come from? What are we? Where are we going?) 지난 23일(현지시간) 글로브 내 전시관 초입에 들어서자 영어, 프랑스어, 독일어, 이탈리아어 등으로 쓰여진 도전적인 질문이 먼저 눈에 들어왔다. 우주의 근원을 찾는 CERN의 존재 이유가 어렴풋하게 다가왔다. 글로브를 제외하면 메이런은 겉으로는 평범한 시골마을에 불과하다. 하지만 낮게 이어진 오래된 건물 사이를 거닐다 보면 노벨상 수상자 등 세계적인 물리학 석학들과 쉽게 마주칠 수 있다는 점에서 CERN이 가진 힘이 여실히 느껴진다. 1954년 설립된 CERN은 세계 초강대국 미국에 맞서온 유럽 과학의 상징이다. 메이런 일대에는 전 세계에서 온 1만여명의 물리학자와 가족 등 4만명이 거주한다. CERN 소속 과학자들에 대한 지원은 획기적이다. 영어, 프랑스어, 독일어, 이탈리아어 등 어느 한 가지라도 구사할 수 있으면 연구와 생활에 지장이 없도록 인프라가 구축돼 있다. CERN 소속 과학자들은 외교관 신분에 준하는 대우를 받는다. 세금도 내지 않는다. 이 때문에 전 세계 입자물리학자의 50%가 CERN과 직간접적으로 연관을 맺고 있다는 통계도 있다. 본관 건물에 들어서자 역대 CERN 소장(디렉터)들의 사진이 벽면을 장식하고 있다. 이들 중 카를로 루비아, 펠릭스 블로흐, 시몬 판데르메르 등 상당수는 노벨 물리학상 수상자다. CERN에서 소장이 갖는 권한은 막강하다. 임기가 있지만 사실상 한번 맡으면 종신직으로 이어진다. 현재 소장인 롤프 디터 호이어 박사는 10조원 이상이 투입된 LHC 프로젝트의 성공으로 종신직을 예약한 상태다. CERN 프로젝트에 참여하고 있는 박인규 서울시립대 교수는 “막대한 예산을 따오기 위해 정치적 수완을 발휘하고, 수많은 연구가 진행되는 연구소 내 팀 간 의사 소통을 조절하는 것이 소장의 역할”이라며 “유능한 과학자 중에는 유능한 정치가도 있다는 것을 보여주는 상징적인 존재들”이라고 밝혔다. CERN은 철저히 과학자들을 위한 도시다. CERN 내부 거리마다 마리 퀴리, 볼프강 파울리 등 유명 과학자들의 이름이 붙어 있다. 세계에서 몰려든 단기 체류 과학자들을 위해서는 연구소 내 숙소가 제공되고, 호텔과 콘퍼런스룸도 자유롭게 사용할 수 있다. 식당은 각국 과학자들의 기호에 맞춰 요리사들이 눈앞에서 조리하는 10여 가지의 메뉴가 끼니마다 제공된다. 미래 과학자들을 위한 문도 열려 있다. 유럽 각지에서 견학 행렬이 끊이지 않고, 학생들은 인턴십 프로그램을 통해 방문 연구자 겸 학생으로 머물 수 있다. CERN을 소개할 때 관용어구처럼 쓰이는 ‘스위스와 프랑스 국경지대’라는 말은 과장이 아니다. CERN 본부 내부로 국경선이 지나간다. LHC 역시 국경에 걸쳐 커다란 원을 그리고 있다. 잘 알려지지 않은 사실이지만 LHC가 지나가는 3m 직경의 총 길이 27㎞, 지름 8㎞에 이르는 원형터널은 2008년 LHC 건설 훨씬 전부터 존재했다. 원래 거대 전자-양전자 가속기(LEP)가 설치돼 있던 공간을 재활용했기 때문이다. CERN에서 연구하고 있는 유희동 미국 퍼듀대 교수는 “LEP 역시 힉스 입자 발견을 위해 만들어졌지만, 검출에 실패했고 그 뒤 LHC 프로젝트가 시작됐다”면서 “실패에도 굴하지 않고 훨씬 더 큰 프로젝트를 기획하는 과학계의 정신을 보여주는 사례”라고 설명했다. 이어 “미국 페르미연구소 테바트론의 경우에는 지상에 가속기가 지나가는 흔적이 나타나지만, LHC는 주택가를 지나는 부분도 많아 겉으로 전혀 드러나지 않도록 설치돼 있다”고 덧붙였다. LHC에는 ATLAS, CMS, LHC-b, ALICE 등 4대의 대형 검출기가 있다. 이 중 ATLAS와 CMS는 힉스 입자 검출에 사용된다. 본부에서 5㎞가량 떨어진 CMS는 한적한 시골 연구소를 연상케 했다. 가건물 3개 동으로 이뤄진 CMS연구소는 지하 100m 깊이에 설치된 CMS를 모니터하는 10평 남짓한 주조종실과 압축기·통풍시설·전자제어·플랜트 냉각 등 보조시설로 구성돼 있다. 주조종실에는 미 페르미연구소, 독일 중이온가속기연구소(GSI) 등 전 세계 입자물리연구소 내부를 실시간으로 관찰하고 데이터를 주고받을 수 있는 모니터링 시스템과 CMS 감시장치가 설치돼 있다. 빛의 속도에 가깝게 양성자를 가속하기 위해서는 여러 대의 가속기가 쓰인다. 1960년대부터 설치된 CERN의 소형 가속기 몇 대를 거치면서 서로 반대 방향으로 일정 수준 이상 빨라진 양성자들이 LHC로 들어오면 LHC 주조종실이 검출기 4곳에서 이들이 충돌하도록 미세조정한다. 충돌한 양성자들의 흔적은 눈이나 카메라로 추적하는 것이 불가능하다. 자기를 띤 실리콘에 입자가 지나간 흔적을 살피거나, 바깥쪽 벽에 부딪힌 입자를 통해 충돌 직후의 모습을 거꾸로 구성하는 방식으로 연구가 이뤄진다. ATLAS와 CMS는 기본적으로 같은 구조를 갖고 있지만 ATLAS가 훨씬 크다. 당초 CERN은 힉스 입자 검출을 위해 ATLAS 1대만 설치할 계획이었지만, 정확성 확보를 위해 건설 과정에서 CMS가 추가됐다. 데이터양은 ATLAS가 많지만, 뒤늦게 설계된 CMS가 효율성에서 더 낫다는 것이 물리학계의 평가다. ATLAS와 CMS에는 각각 3000명 이상의 전세계 과학자들이 공동작업을 진행하고 있다. 90여명의 한국 연구진은 대부분 CMS에 참여하고 있다. 지난해 7월 발표 이후 치열한 논란이 이어지고 있는 힉스 검출은 확실한 것일까. 최종 검증에는 좀 더 시간이 필요하다는 것이 CERN 측 입장이다. 유 교수는 “지난해 말 ATLAS에서 힉스 입자 두 종류가 나왔다는 외신 보도가 있었는데, CMS에서도 같은 현상이 있었지만 외부로 발표는 되지 않았다”면서 “전 세계 연구진이 모이다 보니 발표 여부나 발표문의 문구 하나까지도 치열한 토론이 일주일 이상 이어질 때가 많다”고 설명했다. 이어 “올봄과 여름에 예정된 입자물리 관련 학회에서 결론이 내려질 것으로 기대한다”고 덧붙였다. CERN이 힉스로 유명해졌지만 사실 힉스는 CERN의 극히 일부분에 불과하다. CERN에서는 수백 가지 이상의 연구과제가 동시에 진행된다. 소설 ‘천사와 악마’의 소재가 됐던 반물질과 힉스는 CERN의 자금줄이다. 유 교수는 “입자물리처럼 실용성과 거리가 먼 연구에 당위성을 부여하기 위해서는 대중성이 확보되는 것이 최우선 과제”라면서 “힉스나 반물질은 CERN이 예산을 확보할 수 있는 일종의 영업수단인 셈”이라고 설명했다. 실제로 유럽경제 위기로 매년 수조원 이상의 예산이 필요한 CERN 역시 어려움을 겪고 있다. 2009년에는 1959년부터 CERN에 참여해온 오스트리아가 ‘참여 중단’을 선언했다가 전 세계 과학계의 탄원서를 받고 이를 철회하는 소동도 있었다. CERN은 근본적인 연구를 진행하기 때문에 인류에 기여하기는 쉽지 않은 한계가 있다. 오히려 CERN의 부산물들이 더 큰 영향을 미친다. 대표적인 것이 현재와 같은 인터넷의 원조인 ‘월드와이드웹’(WWW)이다. WWW는 영국의 팀 버너스 리가 CERN에서 쏟아져 나오는 엄청난 양의 데이터를 처리하고 공유하기 위해 1989년 제안한 연구소 내 정보처리 시스템에서 출발했다. CERN은 최근에는 세계 각국에 데이터를 나눠 보관하고 접근하는 ‘스마트 그리드’ 시스템을 상용화하기도 했다. 세계 수천 개의 대학과 연구소에 LHC에서 얻어진 데이터가 보관된다. 한국에도 경북대와 대전 과학기술정보연구원(KISTI)에 LHC의 데이터가 보관된다. 유 교수는 “전 세계가 LHC 연구에 동참하고 있는 셈”이라며 “이렇게 큰 규모의 연구소에서 찾고자 하는 것이 눈에 보이지도 않는 아주 작은 입자라는 점이 과학의 아이러니”라고 말했다. 글 사진 메이런(스위스) 박건형 기자 kitsch@seoul.co.kr

　밀레니엄을 맞았던 1999년말 이후 가장 시끄러웠던 종말론 논란을 무사히 지나 연말이 다가오고 있다. ‘종말의 날’, ‘휴거’, ‘둠즈데이’ 등 다양한 이름으로 불리지만, 이들 종말론의 공통점은 정작 그 날이 지나면 거짓말처럼 사람들의 머리 속에서 지워진다는 점이다. 이제 마야달력 따위의 소모적인 얘기는 잊어버리고, 올 한 해를 돌아볼 때가 됐다. 전세계 과학계의 양대 축을 이루고 있는 과학저널 ‘사이언스’와 ‘네이처’는 2012년 366일(2012년은 윤년)간 과학이 이뤄낸 성과들을 결산하면서 서로 다른 접근법을 택했다. ‘사이언스’는 10개의 과학적 돌파구를, ‘네이처’는 과학을 만들어낸 10명의 사람을 주제로 삼았다. 물론 과학은 ‘사람’의 영역이기에 두 저널이 다루는 내용이 완전히 다를 수는 없다. 　사이언스는 올해 최고의 과학성과로 ‘힉스 입자의 발견’을 올려놓았다. 굳이 사이언스를 거론하지 않더라도 힉스 입자가 올 과학계 최고의 이슈라는데 어느 누구도 이의를 제기하기 힘들다. 1960년대 피터 힉스 에든버러대 교수를 비롯한 여러 과학자들이 그 존재를 예측한 이후 물리학계는 ‘세상 만물에 질량을 부여한 신(神)의 입자’를 찾기 위해 노력해왔다. 10조원 이상이 투입된 유럽입자물리연구소(CERN)의 거대강입자가속기(LHC)가 올해 드디어 그 결과물을 내놓았다. 지난 7월 CERN은 “힉스로 추정되는 새로운 입자를 찾아냈다.”고 공식선언했다. CERN은 현재 이 입자가 힉스인지를 확인하는 작업을 진행 중이다. 당초 연말쯤 판명날 예정이었지만 이상징후들이 발견되면서 내년 3월로 발표가 미뤄진 상태다. 이 입자가 힉스든 아니든 인류가 지금까지 알려지지 않은 새로운 존재를 찾아낸 것은 부인할 수 없는 사실이다. 　힉스보다 더 오랜 기다림 끝에 올해 모습을 드러낸 물질도 있다. 1938년 이탈리아 물리학자 에토레 마요라나는 양자 이론을 토대로 ‘마요라나 페르미온’의 존재를 예측했다. 마요나라 페르미온은 세상을 구성하는 물질과 보이지 않는 영역을 차지하는 반물질의 경계에 서 있으며 우주 공간의 대부분을 차지하는 암흑물질의 주성분으로 추정된다. 올해 4월 네덜란드 델프트 대학 연구진이 특수 장치를 이용해 흔적을 찾아냈다. 과학자들은 마요나라 페르미온을 잡아둘 수 있으면 현재의 컴퓨터보다 수백~수만배 빠른 양자컴퓨터를 안정적으로 구현할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 　●생각만으로 로봇 팔 조종하는 기술 　‘진화’에 대한 오해 중 가장 흔한 것이 ‘진화에는 일정한 방향이 있다’고 생각하는 것이다. 이 때문에 늦게 생겨난 생물종일수록 고등동물이라는 착각에 빠지기 쉽다. 하지만 진화는 무수히 많은 가지를 뻗는 ‘생명의 나무’ 형태로 진행된다. 자연환경에 더 유리하게 적응한 동물이라도 사라질 수 있다는 것이다. 지난 9월 사이언스 표지를 장식한 ‘데니소바인의 게놈 해독’은 이같은 진화의 무방향성을 보여준다. 2008년 시베리아 남부 데니소바 동굴에서 발견된 데니소바인은 3만~5만년전 현생인류나 네안데르탈인과 같은 시대를 살았다. 학계에서는 이 당시에 최소한 4종 이상의 인류가 살았던 것으로 보고 있다. 독일 막스플랑크 연구진은 올해 데니소바인 소녀의 손가락 뼈와 어금니 화석을 통해 또다른 인류의 정체를 밝혀냈다. 분석결과 데니소바인은 약 80만년전 현생인류의 조상에서 갈라져 나왔고, 호주 인근 파푸아뉴기니에 사는 사람들이나 동남아시아인과 유전적으로 아주 비슷했다. 그렇다면 왜 데니소바인은 호모 사피엔스 대신 지구의 주인이 되지 못했을까. 연구진은 “현생인류는 전세계로 퍼져 나가면서 유전적 다양성을 확보해, 각 지역에 맞게 살아남을 능력을 확보했다.”면서 “하지만 데니소바인은 짧은 시간에 시베리아에서 동남아시아까지 이르는 넓은 지역으로 퍼져나가면서 다양성을 확보하지 못해 적응에 실패하고 멸종한 것으로 추정된다.”고 설명했다. 　인류의 영원한 꿈인 ‘사람을 대신하는 로봇’은 올해도 새로운 이정표를 세웠다. 지난 5월 미 브라운대 메디컬센터와 하버드 의대 연구진은 15년간 전신마비로 전혀 움직이지 못한 여성 환자가 생각만으로 로봇 팔을 조종하는 기술 시연에 성공했다. 이 여성은 로봇 팔이 테이블에 있는 커피잔을 들어서 입으로 가져오게 해 빨대로 커피를 마신 다음 다시 커피잔을 테이블에 가져다 놓게 했다. 그는 이 같은 작업을 6번 시도해 4번 성공했다. 어린이용 아스피린만한 센서 칩을 뇌에 이식한 덕분이다. 환자가 팔을 움직인다고 상상하면 칩은 뇌세포 수십 개의 전자 활동을 포착한 다음 컴퓨터에 신호를 보내고 컴퓨터는 이를 로봇 팔에 보내는 명령어로 전환한다. 아직까지 완벽하지는 않지만, 재활의학이나 로봇 분야에서 무한한 가능성을 입증한 것은 분명하다. 　유전자조작 기술도 주목받았다. 생물학자들은 유전자의 역할이나 변이를 밝히는 단계를 넘어 유전자를 직접 조작하거나 편집하는 수준에 이르렀다. ‘탈렌’(TALEN), ‘유전자 가위’ 등으로 불리는 이 기술들을 이용하면 단백질을 이용해 문제가 생긴 유전자의 일부분을 잘라내거나 이어붙이고, 위치를 바꿀 수 있다. 사람이나 동물의 질병 원인을 찾아 근본적으로 제거할 수 있고, 우수한 형질을 새롭게 심어넘을 수도 있는 ‘꿈의 기술’이라는 것이 사이언스의 평가다. 이 분야에서는 국내 연구진들도 세계 최고 수준을 인정받고 있다. 　●허리케인 샌디 예측한 고담의 수호자 　다시 힉스로 돌아가보자. ‘인류 역사상 최대 규모의 실험’으로 불리는 힉스 추적이 순탄했을리 없다. 유럽은 물론 세계 각국의 예산이 동원됐고, “왜 이런 실험에 돈을 대야 하느냐.”는 비판이 끊이지 않았다. 네이처가 올해 과학에서 주목받은 인물 중 첫 번째로 롤프 디터 호이어 CERN 소장을 꼽은 이유가 여기에 있다. 네이처는 호이어에게 ‘힉스 외교관’이라는 별칭을 붙였다. 호이어는 이론물리학자가 아니라 평생 가속기 설계에 매달려온 건축전문가다. 무엇보다 ‘달변가’다. 그는 CERN의 기자회견마다 등장해, 수많은 미사여부와 완벽한 비유로 사람들의 마음을 움직였다. CERN 연구에 참여하고 있는 박인규 서울시립대 교수는 “1만명이 넘는 사람들이 LHC실험에 참여했지만, 호이어가 없었다면 아예 실험진행이 불가능했을 것”이라고 평가했다. 　두 번째 인물은 올 10월 허리케인 ‘샌디’로 인한 미 동북부 지역의 피해를 12년 전에 미리 예측해 대비가 가능하도록 한 신시아 로젠츠베이그 박사가 꼽혔다. 네이처는 “로젠츠베이그는 허리케인으로 영화 베트맨 속 고담시가 될 뻔 했던 뉴욕의 수호자로 떠올랐다.”고 추어올렸다. ‘화성 습격’으로 불리는 미항공우주국(NASA)의 화성탐사선 ‘큐리오시티’ 프로젝트의 총괄책임자인 애덤 스텔츠너 박사는 정형적인 과학자의 틀을 깬다는 것이 무엇인지를 전세계에 보여줬다. 스텔츠너는 기존 방식으로는 큐리오시티가 화성 표면에 제대로 내릴 수 없다는 점을 해결하기 위해 낙하산을 이용한 획기적인 착륙법을 고안했다. 스텔츠너 덕분에 ‘25억달러짜리 위험한 도박’은 해피엔딩으로 끝을 맺었다. 전세계로 중계된 큐리오시티의 화성착륙은 마치 영화 속 장면처럼 호응을 얻었다. 큐리오시티는 현재 화성 표면을 분주하게 움직이며 새로운 샘플 분석 결과를 지구로 보내오고 있다. 이 밖에 암 줄기세포를 발견한 세드릭 블랑팽 벨기에 브뤼셀자유대 교수, 세계 최대 게놈 분석 기관인 베이징게놈연구소(BGI)를 이끄는 왕준 소장도 올해의 과학자로 선정됐다. 　과학계에 논란을 일으킨 사람들도 여럿 이름을 올렸다. 엘리자베스 아이런스 박사는 ‘과학계의 검은 이면’에 도전했다. 그는 2009년부터 실험을 통해 앞서 발표한 유명 연구들을 다시 실험해 실제로는 재연이 불가능한 조작된 결과들이라는 점을 만천하에 알렸다. 바이엘 등 거대 제약사의 연구는 물론 유전자 연구의 이정표로 꼽히는 연구들에서도 조작이 발견됐다. 네덜란드 에라스뮤스 의대의 론 푸시에 교수는 조류인플루엔자(AI) 바이러스가 인간 사이에도 감염될 수 있다는 것을 실험실에서 변종을 만들어 입증했다. 푸시에는 이후 “테러에 악용될 수 있다.”는 비판에 직면했고, 미국 정부가 논문 일부를 삭제하도록 요청하면서 ‘검열’ 논란에도 휘말렸다. 조 핸델스만 교수는 과학 분야 교수들이 여학생보다 남학생을 선호한다는 사실을 과학적으로 입증했다. 2009년 300여명의 희생자를 낸 대지진을 예측하지 못했다는 이유로 법원에서 금고 6년의 중형을 선고받은 베르나르도 데 베르나르디니스 박사는 올해 가장 황당한 사건의 주인공이 됐다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

●독립영화관-량강도 아이들(KBS1 토요일 밤 12시 55분) 량강도 삼지연군 보천보리. 이 마을에는 가난한 홀어머니와 함께 종수, 종성이 형제가 살고 있다. 보천보 인민학교 4학년 학생인 종수는 쾌활하고 어른스러운 아이다. 종수에게 꿈이 있다면 평양에 가보는 것이다. 하지만 목표량을 넘어선 파동 활동에도 불구하고, 종수를 비롯해 겉 보기 안 좋은 아이들은 평양에 출입할 수 없다는 교장의 지시에 종수의 꿈은 좌절되고 만다. 한편 평양에 가고야 말겠다며 길을 나선 종수는 뜻밖의 횡재를 하게 된다. 지난 크리스마스에 서울에서 북한으로 날려보낸 산타의 애드벌룬을 주운 것이다. 종수의 산타 선물을 본 아이들은 로봇과 산타 옷에 열광하고 온 동네 어린이들이 로봇을 구경하고자 집안 물건들을 바리바리 싸 들고 종수네 집으로 몰려든다. 게다가 영양실조로 입원 중인 종수의 동생 종성이도 로봇의 등장과 함께 건강이 조금씩 좋아지는 듯해 종수를 기쁘게 한다. 그렇게 산타 옷을 입은 아이들의 공연은 마을의 명물이 되고, 마을 아이들은 종수의 로봇을 부러워하며 부모들을 조르기 시작하는데…. ●레 미제라블(EBS 토요일 밤 11시) 절도죄로 19년 형을 선고받았던 전과자 장발장은 비구 시의 시장이 되어 어려운 사람들에게 온정을 베풀어 비구 시 시민들의 사랑과 존경을 받고 있다. 그러나 자베르가 경찰서장으로 부임하면서 장발장의 삶은 변하기 시작한다. 자베르는 법과 제도를 맹신하는 원칙주의자다. 그는 장발장이 짐마차를 들어 올려 마차에 깔린 노인을 구해주는 모습을 보고, 예전에 자신이 감방 간수로 있을 때 지켜본 그 죄수임을 깨닫는다. 그 후 자베르 경감은 장발장의 과거를 밝혀내기 위해 수사를 시작한다. 장발장은 공장에서 쫓겨난 뒤 딸의 양육비를 벌고자 거리에서 몸을 파는 팡틴을 돌봐준다. 한편 가짜 장발장이 법정에 서자 세상은 시끄러워지고, 양심의 가책을 느낀 장발장은 자신의 정체를 법정에서 폭로한다. ●천사와 악마(OBS 일요일 밤 11시 15분) 세계 최대의 과학연구소 유럽 원자핵 공동 연구소에서 우주 탄생을 재현하는 빅뱅 실험이 진행된다. 물리학자 비토리아와 동료 실바노는 빅뱅 실험을 통해 강력한 에너지원인 반물질 개발에 성공한다. 하지만 실바노가 살해당하고 반물질이 사라지는 사건이 발생한다. 한편 하버드대 종교기호학 교수 로버트 랭던은 교황청으로부터 의문의 사건과 관련된 암호 해독을 의뢰받는다. 새로운 교황을 선출하는 고대의식인 콘클라베가 집행되기 전, 가장 유력한 4명의 교황 후보가 납치되고 교황청에 일루미나티의 상징인 앰비그램이 나타난 것이다. 사건을 해결하고자 로마 바티칸에 도착한 로버트 랭던과 비토리아는 곳곳에 숨겨져 있는 일루미나티의 단서를 파헤치며 그들의 근거지로 향하는 ‘계몽의 길’ 추적에 나선다.

세계적인 학술지인 미국의 사이언스지(誌)가 ‘올해의 10대 과학 성과’를 선정해 21일 발표했다. 사이언스지는 가장 눈부신 업적을 ‘힉스 입자의 발견’으로 꼽았다. 흔히 ‘신의 입자’라고도 불리는 이 입자는 지난 1964년 피터 힉스 영국 에든버러대 교수가 처음 그 존재를 예측했지만, 이후 40여년이 지나도록 단 한 번도 관측되지 않았다. 하지만 지난 7월 CERN(유럽원자핵공동연구소)가 시행한 실험에서 유사한 입자가 관측돼 학계를 놀라게 했다. 하지만 아직까지 힉스 입자가 확실한 지를 두고 공표를 하지 못한 상황으로 알려졌다. 이 밖에도 사이언스지는 미항공우주국(NASA)의 화성탐사선인 ‘큐리오시티’의 발사와 물질과 반물질의 경계인 마요라나 페르미온 입자의 발견, 그리고 고대 인류인 데니소바인의 지놈(유전자) 완전 해독 등을 10대 성과로 선정했다. /인터넷뉴스팀

유럽입자물리연구소(CERN)가 힉스 입자로 추정되는 소립자를 확인했다는 소식이 전해진 4일 전 세계 물리학계가 “400년 만의 쾌거”라며 환호했다. 미국 미시간센터 소장인 이론물리학자 고든 케인은 “힉스 입자 확인은 아이작 뉴턴 이후 4세기 만에 이룬 과학과 인류의 경이로운 성공”이라고 평가했다. 영국 런던 임피리얼 칼리지의 물리학자인 마틴 아처는 “힉스 입자의 존재를 증명한 것은 현재 우리가 이해하는 우주의 원초적 본질에 대해 마지막 남은 부분을 찾아낸 것”이라며 “힉스 입자가 모든 것은 아니지만 우주에 대해 더욱 많은 것을 설명할 수 있다.”고 말했다. 힉스 입자는 ‘신의 입자’라고도 불린다. 그만큼 우주의 본질에 한걸음 더 다가설 수 있지만 포착하기가 어렵다는 의미를 함축하고 있다. 영국 서리대 이론물리학자인 짐 알할릴리는 “힉스 입자 발견은 ‘숫자 게임’”이라고 말한 대로 거대강입자가속기(LHC)에서의 500조번 이상의 실험과 힉스 입자 존재도 숫자로 이야기했다. 힉스 입자 존재를 규명함으로써 실생활은 어떻게 달라질까? 물리학자들은 응용 가능한 분야에 대한 언급을 피하고 있다. 인류가 힉스 입자를 통제할 수 있으면 응용 분야가 무궁무진하다는 긍정론과 실용적 용도를 의문시하는 회의론이 교차하고 있다. 특히 핵에 대한 연구가 핵의 평화적 이용과 핵무기 개발이라는 양날의 칼이 될 수 있다는 예가 있다. 힉스 입자 발견으로 인류는 우주 구성물질에 대한 새로운 통찰력을 갖게 되면서 새로운 에너지원에 접근할 수 있다는 기대를 하고 있다. 뉴욕시티 칼리지 물리학자 미치오 가쿠는 “새로운 에너지원을 갖게 될 것”이라고 말했다. 특히 빛의 속도에 버금가는 반물질 추진체를 만들어 영화 ‘스타 트렉’에서처럼 행성 간의 우주 여행이 가능해질 수도 있다는 꿈같은 이야기도 나오고 있다. 한편 힉스 입자를 발견했다는 소식에 인도는 씁쓸한 입맛을 다셔야 했다. 힉스 입자를 구상하는 데 기여한 인도의 물리학자 사티엔드라 나드 보스가 거의 주목받지 못했기 때문이다. 보통 힉스 입자로 불리는 ‘힉스 보손’이 보스의 이름을 딴 것이기도 하다는 사실을 아는 사람은 많지 않다고 월스트리트저널이 보도했다. 이기철기자 chuli@seoul.co.kr

동반은하 혹은 구상성단으로 구성된 거대 ‘구조물’이 우리 은하를 돌고 있는 것으로 밝혀져 학계를 놀라게 했다. 이는 이 발견이 암흑물질 이론에 의문을 제기할 수 있기 때문이다. 1일 미국 내셔널지오그래픽 뉴스에 따르면 독일 본대학 마르셀 바울루스키 박사팀은 은하계에 속한 동반은하(위성은하) 등의 위치를 모델로 재현한 결과 왜소은하를 포함한 동반은하와 구상성단 20여개가 은하원반을 수직으로 도는 것으로 나타났다고 밝혔다. 본대학팀은 이번 연구를 위해 20세기 사진건판부터 슬론디지털스카이서베이(SDSS)의 최신 이미지까지 다양한 소스를 활용했다. 공동 저자인 본대학의 파벨 크루파 박사는 “기존 이론의 결과와는 정 반대”라면서 “어떠한 방향에서 관측하더라도 몇개의 동반은하가 발견되며 거의 구형 분포로 나타났다.”면서 “이는 암흑물질이 존재하지 않는다는 것을 보여준다.”고 설명했다. 여기서 암흑물질은 빛에 반응하지 않기 때문에 눈에 보이지 않는 수수께끼의 물질로, 우주의 질량의 약 23%를 차지하는 것으로 여겨지고 있다. 현재 은하 형성에 대한 이론도 암흑물질의 존재를 인정하는 것을 전제로 한다. 이 일반론에 따르면 초기 우주는 암흑물질이 중력적인 발판이 되어 그 위에 일반물질이 합쳐져 은하를 형성한다. 이후 우리 은하와 같은 대형 은하가 탄생하게 되면 나머지 물질이 모여 수백개의 작은 동반은하가 형성돼 주변에 균일하게 분포한다. 이 같은 기존 이론에 대해 연구팀은 약 110억년전 우리 은하가 가까운 은하와 충돌했을 수 있다는 가설을 제시했다. 이 시점은 지금껏 알려진 동반은하 중 가장 오래된 왜소은하의 나이와 일치한다. 연구를 이끈 바울루스키 박사는 “은하계의 은하수는 은하간 충돌로 떨어진 물질(파편)이 중력 작용으로 모여 왜소은하와 구상성단이 됐을 수 있다.”고 설명했다. 이후 이 같은 거대 구조물이 평면적으로 분포하면서 우리 은하를 돌게 됐다고 한다. 즉 이 모델이 암흑물질에 대해 중대한 의문을 나타낼 것이라고 연구팀은 주장한다. 이론상의 물질인 암흑물질이 존재하지 않아도 은하가 형성될 수 있기 때문이다. 이에 크루파 박사는 “기존 우주론을 처음부터 다시 생각해야 할지도 모른다.”면서 “그 우주론은 이제 괴멸 상태다.”고 말했다. 하지만 이 같은 주장에 회의적인 반응도 나타났다. 미국 플로리다 애틀랜틱대학의 천체물리학자 스카냐 차크라바티 박사는 “이번 발견이 은하 형성 이론을 갈아치웠다고 단언할 수는 없다고 생각한다.”고 말했다. 이어 “두 은하가 충돌했다고 가정하면 왜소은하의 위치를​ 설명할 수는 있지만 그 모델만으로 왜소은하의 움직임은 설명할 수 없다.”고 덧붙였다. 왜소은하는 일반 물질의 질량만으로는 이해할 수 없는 움직임을 보여주는데 이는 암흑물질의 존재를 인정할 수 있는 주된 이유 중 하나라고 과학자들은 추정한다. 따라서 차크라바티 박사는 대체 이론을 제시하려면 “물질의 위치 뿐만 아니라 질량도 재현해야 한다”고 지적했다. 이어 “우리 은하 내 동반은하의 의외적인 배치가 암흑물질에 대한 기존 시뮬레이션을 설명할 수 없어도 이상하지 않다.”면서 “은하 형성에 관한 시뮬레이션은 아직 불완전하지만, 암흑물질이 유망한 이론이란 사실에는 변함이 없다.”고 설명했다. 한편 이번 연구는 ‘왕립천문학회월간보고’(MNRAS) 최신호에서 자세히 실릴 예정이다. 윤태희기자 th20022@seoul.co.kr

“지금은 인류가 수천년 동안 궁금해했던 ‘우리는 어디서 왔는가’란 물음에 대한 해답을 얻기 직전입니다. 늦어도 내년 여름이면 약 140억년 전 태초(太初)의 신비가 상당 부분 규명됩니다. 현대물리학의 기본 틀을 형성하고 있는 가설이 맞는지를 확실히 알 수 있게 되는 것이지요. 이를 통해 과학은 이전에 이뤄낸 모든 성과의 총합보다 더 많은 것을 얻어내게 될 것입니다.” 유럽원자핵공동연구소(CERN)의 롤프 디터 호이어(63) 소장은 들떠 있었다. 14일 서울신문과 단독으로 가진 이메일·전화 인터뷰에서 전 지구적 과학계의 이목이 쏠려 있는 ‘힉스(Higgs) 입자’ 규명이 당초 계획보다 6개월쯤 앞당겨져 내년 여름에 가능할 것이라고 자신했다. CERN의 수장이자 가속기 분야의 세계적 권위자인 그는 현재 ‘인류 최대의 실험’을 진두지휘하고 있다. CERN은 7조원에 가까운 예산이 투입된 지구 최대의 대형 강입자 가속기(Large Hadron Collider·LHC)를 2008년부터 가동하며 지구와 우주의 기원을 탐구하고 있다. LHC는 스위스와 프랑스 국경 일대 100m 지하에 마련된 직경 9㎞, 길이 27㎞의 원형 터널에 구축돼 있다. 호이어 소장과의 인터뷰는 기초기술연구회가 주선하고 최선호 서울대 물리천문학부 교수의 의견을 받아 진행됐다. →CERN이 진행하는 전 지구적 프로젝트가 과학계에는 초미의 관심사이지만 일반인에게는 그 개념조차 어려운 것 같다. -한마디로 138억년 전 우주를 탄생시킨 빅뱅(대폭발) 직후의 상황을 재현하는 작업이다. 2개의 양성자 빔을 LHC 내에서 광속(光速)에 가깝게 가속시킨 뒤 정면으로 충돌시키는 것이 핵심이다. 이를 통해 우주를 구성하는 데 관여한 16개 입자(표준 모형)의 질량을 정의해 낸 힉스입자의 존재를 확인하는 게 우리의 목표다. 태초에 만들어졌지만 지금은 찾을 수 없는 반(反)물질을 추적하는 것도 우리가 우주의 진화를 규명하는 데 중요하다. 실험에 참여하는 과학자들은 필사적이다. 이번에 힉스 입자를 규명하지 못하면 현대물리학이 세운 대부분의 이론은 갈 길을 잃게 된다. 당분간 새로운 형태의 대규모 실험을 시도할 명분도 사라질 수밖에 없다. →현재 진척도는 어느 정도인가. -다행히 LHC가 기대 이상으로 훌륭한 성능을 발휘하고 있다. 물리학에서는 실험을 통해 데이터를 얼마나 쌓느냐가 중요한데, 올해의 경우 고작 절반 정도 지난 상황에서 연간 목표량을 웃돌고 있다. 현재 진행 속도와 데이터 분석 시간을 감안하면 내년 6월쯤이면 힉스 입자를 발견하거나 아니면 존재하지 않는다는 것을 확실히 알 수 있다. →당초 발표보다 6개월가량 빠른데. -그렇다. 예상보다 실험이 훨씬 더 원활하게 진행되어 태초의 신비에 더욱 빠르게 근접하고 있다. 힉스 입자가 발견된다면 우리는 ‘표준 모형’을 완성할 수 있다. 그게 아니면 사실상 처음부터 다시 시작해야 한다. 어느 쪽이든 획기적인 발견이라고 할 수 있다. 다만 힉스 입자를 발견하더라도 우리 연구진이 ‘유레카’라고 외칠 수 있는 시간이 없다는 점은 아쉽다. 워낙 짧은 시간만 존재할 게 뻔하기 때문이다. →순식간에 소멸되는 힉스 입자의 존재 여부를 확인할 수 있는 방법이 있나. -이미 수많은 과학자들이 이론물리학을 통해 토대를 닦아 놓았다. 시나리오에 따르면 힉스 입자는 사라지면서 다른 입자들을 만들어낸다. 이 입자들은 힉스 입자보다 좀 더 오랜 시간 동안 남아 있게 되는데, 우리는 이를 힉스 입자의 흔적으로 여긴다. 어떤 형태로 나타나는지까지도 알고 있다. 이런 특이한 패턴이 우리가 설정한 예상치보다 많이 나오는 일이 반복되면 힉스 입자가 있는 것으로 볼 수 있고, 그렇지 않다면 힉스 입자가 없다고 판단할 수 있다. 다만 확실한 증거를 확보하기 위해 많은 양의 데이터가 필요하다. 다시 말해, 내년 6월이면 이를 단언할 만큼 충분한 데이터를 얻고 분석을 마칠 수 있다. →최근에 가시적인 성과들이 부쩍 늘었다고 들었다. -지난달 CERN이 보유한 반양성자 감속장치(AD)에서 반물질(반수소)을 1000초(16분 40초) 동안 포착하는 데 성공했다. 이전에도 반물질을 만든 적은 있었지만, 이렇게 오랜 시간 잡아둔 적은 없었다. 반물질은 물질과 만나는 순간 함께 사라지기 때문에 우리 연구진은 극저온 냉동기술을 동원해 반수소를 잡아두는 기술을 개발해냈다. 이제는 잡아둔 반수소의 속성을 연구하는 단계에 접어들었다. 이 과정을 거치면 왜 반물질이 사라졌는지에 대한 해답을 얻을 수 있다. →힉스 입자의 존재 유무를 입증하고 나면, 그다음 단계는 무엇인가. -CERN에서 이뤄지는 모든 연구는 긴 안목의 장기 프로그램들이다. 막대한 예산이 투입된 장비인 만큼 처음 목표를 달성하면 그다음 단계에서 무슨 실험을 할지 계획을 짜 놓은 상태다. 우선 내년 힉스 입자 실험이 1차 완료되면 내년 말 가동을 중단한다. 현재의 에너지를 두배로 늘리기 위한 작업을 1년간 진행한 후 2014년에 다시 가동을 시작한다. 또 몇 년간 가동하고 다시 정지시켜 개선하는 작업이 반복될 것이다. 매 간격마다 우리는 좀 더 발전된 형태로 과학적 진리에 다가가게 될 것이다. →전 세계 60여개국, 1만여명의 과학자를 이끌고 있다. 어려움은 없나. -국적도, 전공도 다른 과학자들이 함께 작업하지만 의외로 어려움은 없다. 이들이 모두 같은 목표를 갖고 있기 때문이다. 목표를 향한 공통된 집념은 연구 생산성도 자연스럽게 높여 준다. 한국이 추진하고 있는 국제과학비즈니스벨트도 마찬가지다. 이런 대형 과학 프로젝트는 결코 전통적인 형태의 닫힌 조직으로는 진행할 수도, 성공할 수도 없다. 시작 단계부터 분업과 협업을 유기적으로 이룰 수 있는 조직을 만드는 것이 중요하다. →한국의 국제과학비즈니스벨트에서도 핵심은 중이온가속기다. 어떻게 운용해야 경제성과 효율성을 동시에 추구할 수 있을 것으로 보나. -사람들의 예상과 달리 CERN을 운영하는 데는 고작 일개 대학의 예산 정도만 필요하다. 60년 전 CERN이 처음 만들어질 때 채택된 예산 조달 방식 덕분이다. CERN은 비용을 균등하게 나누고, 얻어지는 이익도 함께 나누는 구조다. 무엇보다 이런 거대 작업을 통해 얻어지는 이익 자체가 상상 이상으로 크다는 점이 중요하다. 과학벨트도 가속기를 중심으로 하고 있는 만큼 한국 내 기업과 대학, 연구소는 물론 해외 투자자를 모집할 수 있다. 기초과학은 새로운 지식을 사회에 불어넣는 선순환 고리에서 핵심적인 요소다. 과학에 대한 투자는 이런 고리가 끊어지지 않도록 하는 기본적인 부분이라는 점을 잊지 말라. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr ■ 약력 및 용어클릭 ●롤프 디터 호이어(Rolf-Dieter Heuer) 실험입자물리학자로, 거대 가속기 건축과 운영의 세계적 권위자다. 1948년 독일 괴팅겐에서 태어났다. 슈투트가르트대에서 물리학을 전공한 후 하이델베르크대에서 박사학위를 받았다. 1984년부터 1998년까지 CERN에서 근무하며 우주입자 추적 시스템을 구축했다. 1998년 함부르크대 물리학과장을 맡으며 전자-양전자 충돌기 실험에 대한 이론을 세계 최초로 정립했다. 가속기·광 과학·입자물리학을 연구하는 독일 전자싱크로트론 연구소에서 고에너지 연구부장을 지낸 후 2007년 12월 CERN 소장으로 선출됐다. 기초기술연구회 1호 과학자문위원으로 각종 과학정책에도 조언하고 있다. ●힉스(Higgs) 입자 빅뱅 직후, 우주 만물을 이루는 16가지 입자에 질량을 부여한 것으로 추정돼 ‘신의 입자’로 불린다. 1964년 영국 물리학자 피터 힉스가 제안해 이름 붙여졌다. 16가지 입자가 모두 발견돼 힉스의 존재가 확인되면 현대물리학의 표준 이론이 완성된다. 만약 존재하지 않는 것으로 밝혀지면, 입자물리학은 원점으로 돌아가게 된다. ●반(反)물질·반(反)입자 물질은 원자, 원자는 입자(양성자·중성자·전자)로 구성된다. 입자와 성질이나 질량은 같지만 전하값(+ 또는 -)은 반대인 입자를 반입자(반양성자·반중성자·반전자)라고 하며, 이들로 구성된 물질을 반물질이라고 한다. 우주가 탄생할 때 같은 수의 입자와 반입자가 만들어졌지만, 현재는 자연상태에서 물질과 입자만 존재한다. 입자와 반입자는 만나면 함께 소멸하는데 반입자가 사라지고 입자만 남은 원인을 찾으면 우주 진화의 방향을 알 수 있다. 서울신문·기초기술연구회 공동기획

현재(13일) 국내 금시세는 1g당 5만 3400원 대를 돌파하며 고공행진을 벌이고 있고, 금테크 열풍이 불어 닥친 지 이미 오래다. 하지만 이 같은 황금만능(?) 시대에 금보다 더 가치가 있으며 개인이나 산업 용도 등 여러 곳에 모두 이용될 수 있는 다른 물질들이 눈에 띄기 마련이다. 지난 8일(현지시간) 미국 경제전문 사이트 비즈니스 인사이더는 최근 금보다 더 가치가 크며 투자 가치가 높은 몇 가지 물질을 소개했다. 이중 눈에 띄는 물질을 소개한다면 우선 백금을 들 수 있다. 백금은 현재 국내 시세로 1g당 약 5만 4000원으로 순금보다 조금 더 비싼 수준이다. 하지만 백금은 보석으로서의 가치뿐만 아니라 항암치료제의 성분으로 사용되는 등 과학 실험 분야에서 좀더 활용 가치가 높다고 볼 수 있다. 다음으로는 로듐(Rhodium)을 들 수 있다. 이미 국내 자동차 등 산업 분야에서 예의주시하고 있는 물질 중 하나로, 이 사이트에서는 이날 1g당 750달러(약 79만원)의 값어치를 지니고 있다고 밝혔다. 로듐은 자동차 부품 등 기계와 탄소 배출 감소 장치 등에 사용되는 것으로 알려졌다. 또한 가장 비싸면서도 가장 위험한 물질로는 플루토늄이 소개됐다. 플루토늄은 원자로의 연료봉에 사용되며 핵폭탄 등의 군사 목적으로 사용되고 있다. 플루토늄의 1g당 가격은 약 4000달러(약 424만원)로 알려졌다. 이와 함께 다이아몬드도 빼놓을 수 없겠다. 다이아몬드는 무게 뿐만 아니라 순도 등에 따라 가격이 차이가 난다. 또 다이아의 단위는 캐럿을 사용해 0.2g에 해당한다. 굳이 가치를 나타내자면 1g 즉 5캐럿당 1만2522달러(약 1300만원)의 값어치를 지니고 있다고 이 사이트는 전했다. 끝으로 가장 눈길을 끄는 물질은 반물질이었다. 반물질은 만들기 위해서는 엄청난 금액이 들기 때문에 값어치로 매기기조차 어렵다. 이 사이트는 반물질은 1g당 약 62조 5000억 달러(약 6경 6340조원)의 가치를 지니고 있다고 전했다. 사진=자료사진 서울신문 나우뉴스 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

국제 과학자들이 우주의 기원을 밝히는 데 결정적인 단서가 될 반물질(antimatter)을 16분여 동안 붙잡아 두는 데 성공했다. 137억년 전 우주가 ‘빅뱅’(대폭발)을 통해 어떻게 탄생했는지 규명하는 데 획기적인 진전을 이룬 것으로 평가된다. 유럽 입자물리연구소(CERN)는 5일 알파(ALPHA) 연구팀이 반수소를 1000초 동안 포착하는 데 성공했다고 물리학 전문지인 ‘네이처 피직스’를 통해 발표했다. 반수소는 수소와 질량은 같지만 반대의 전하를 띤 물질이다. 세계 최대의 강입자가속기(LHC·입자 빔을 광속에 가까운 속도로 충돌시켜 빅뱅 직후 상황을 재현하는 장치)를 운영하는 CERN은 지난해 11월 반수소를 0.172초동안 보존해 붙잡아 두는 데 처음 성공했었다. 과학자들은 앞서서도 반수소를 만들었으나 생성되자마자 물질과 충돌해 소멸했기 때문에 물질을 자세히 분석하기 어려웠다. 연구진이 이번 실험에서 반물질을 생성해 무려 16분여 동안 붙잡아 두는 데 성공함에 따라 향후 반물질의 정체와 빅뱅 이후 우주의 생성이 어떻게 전개됐는지를 가려내는 데 적지 않은 진전을 거둘 것으로 기대된다. ‘빅뱅이론’에 따르면 우주는 태초에 한 점에 모였던 질량 및 에너지가 광속보다 훨씬 빠른 속도로 급속히 팽창해 폭발하면서 탄생했다. 과학자들은 대폭발 이후 물질과 반물질이 똑같은 양으로 만들어졌지만 알려지지 않은 이유로 반물질이 모두 사라지면서 현재처럼 물질만 가득 찬 세계가 됐다고 추측한다. 물리학자들은 반물질의 정체를 분석하면 우주 탄생의 비밀을 밝혀낼 수 있을 것이라는 기대를 품고 오랫동안 반물질 연구에 매달려 왔다. 반수소의 원자를 포착하면 레이저나 초단파 분광기를 이용해 반수소의 구조를 더 정확히 그려낼 수 있고, 수소 원자와 비교하는 것이 가능해진다. 또 반물질에 중력이 미치는 영향을 측정하는 데 필요한 접근법을 확보할 수 있게 된다. 알파 연구팀은 올해 하반기에 포착된 반수소를 측정하는 연구를 진행할 예정이다. 유대근기자 dynamic@seoul.co.kr

머리에 총상을 입고 사경을 헤매던 개브리엘 기퍼즈 미국 연방 하원의원, 그리고 그의 남편인 마크 켈리 인데버호 선장. 이들 부부가 미 항공우주국(NASA) 케네디우주센터에서 기적 같은 이별의 시간을 나눴다. 부부는 이별하기 직전 서로의 결혼 반지를 교환했다. 기퍼즈 의원은 손이 큰 남편의 반지를 목걸이에 끼워 목에 걸었다. 퇴역을 앞둔 미국의 우주왕복선 인데버호가 16일 오전(현지시간) 플로리다주 케이프 커내버럴의 케네디우주센터에서 발사됐다. 켈리 선장을 비롯해 6명을 태운 인데버호는 16일 동안 우주에 머무르며 반물질 추적장치인 알파 자기분광계를 국제우주정거장(ISS)으로 실어나르는 임무를 수행하게 된다. 이날 발사장에는 기퍼즈 의원을 포함해 4만 5000명이 초청됐으며, 발사장 바깥에도 수만명이 몰려 인데버호의 발사 순간을 지켜봤다. 지난 1월 8일 애리조나주 투손에서의 총기난사로 중상을 입었을 당시만 해도 기퍼즈 의원이 우주로 떠나는 남편을 배웅할 수 있을지 아무도 장담하지 못했다. 최악의 경우를 대비해야 한다는 목소리도 나왔다. 켈리 선장이 지휘하는 ‘노장’ 우주선 인데버호도 당초 지난달 29일 발사될 예정이었으나 전력 장치 가열회로에 기술적인 문제가 생겨 이달 초로 발사가 연기된 뒤, 점검 작업이 늦어지면서 일정이 또다시 미뤄졌다. 때문에 마지막 임무에 무사히 나설 수 있을지 우려가 제기되기도 했다. 하지만 이날 기퍼즈 의원과 켈리 선장은 우주센터 현장에서 누구도 쉽사리 자신할 수 없었던, 길고도 짧은 이별 장면의 주인공이 됐다. 켈리 선장은 비행을 앞두고 트위터를 통해 “이제 발사의 날이 왔다. 우리는 수시간 안에 지구를 벗어나야 한다.”며 인데버호의 마지막 임무 수행을 책임진 데 대한 각오를 담담하게 밝혔다. 하지만 그는 불과 3개월 전까지만 해도 자신이 인데버호에 오를 수 있을지 확신할 수 없었다. 그는 기퍼즈 의원이 사경을 헤맬 때 인데버호의 역사적인 비행에 대비한 훈련에 불참한 채 병실을 떠나지 않았다. 부인의 병세가 호전되지 않으면 비행에 나서지 않을 것이라는 얘기도 나왔다. 그는 기퍼즈 의원이 지난 2월 21일 보좌진의 도움으로 자신과 쌍둥이 형 스콧 켈리에게 “생일 축하해요.”라는 글과 생일 케이크 사진을 트위터와 페이스북에 올린 것을 보고 나서야 우주비행 훈련에 복귀하겠다는 뜻을 밝혔다. 4개월 남짓 긴 터널을 빠져나와 현장에서 남편을 배웅한 기퍼즈 의원은 인데버호의 발사 순간 만감이 교차하는 표정이었다. 기퍼즈 의원은 지난달로 예정됐던 인데버호 발사식에 참석해도 된다는 재활치료 담당 의료진의 말을 전해 듣고 “굉장한 일”이라며 주먹을 쥐어 보일 정도로 남편의 임무를 자랑스러워했다. 겨우 손가락을 움직일 수 있을 때 가장 먼저 했던 일이 남편 켈리의 스마트폰 사진을 스크롤한 것이라고 뉴욕 타임스는 전했다. 켈리 선장은 인데버호의 출발 일정이 불투명한 상황 속에서도 “아내의 회복 징후에 희망을 갖고 있다.”고 간절하게 말했다. 어쩌면 그에게 부인의 회복과 인데버호의 무사 비행은 같은 끈으로 묶인 기적과 희망의 징표였을지 모른다. 마침내 기퍼즈와 켈리 부부의 꿈은 이날 오전 인데버호의 우레 같은 발사 굉음 속에서 믿기지 않는 현실로 피어났다. 박찬구기자 ckpark@seoul.co.kr

　부산대 유인권(44·물리학과) 교수 연구팀이 소속된 STAR연구팀이 인류역사상 가장 무겁고 안정적인 반(反)물질 원자핵을 세계 최초로 발견했다. 　유 교수팀 등 12개국 54개 연구기관으로 구성된 중이온 충돌실험에 관한 국제연구그룹인 STAR연구팀은, 최근 미국 뉴욕주 롱아일랜드에 있은 상대론적 중이온충돌기(RHIC)를 이용한 ‘고에너지 금핵-금핵 충돌실험’에서 ‘반물질 헬륨4 원자핵’을 최초로 발견하는데 성공했다. 연구팀은 2000년부터 10년이 넘는 연구 끝에 중이온 충돌실험에서 반물질 원자핵 헬륨4를 18개나 검출했다. 　입자물리학계는 이 연구 성과가 앞으로 우주 탄생의 비밀을 밝히는데 큰 역할을 할 것으로 기대하고 있다. 과학계는 137억년 전 우주가 대폭발, 즉 빅뱅을 일으켜 탄생했다고 보고 있다. 이 과정에서 물질과 반물질이 생겼는데 반물질은 모두 사라져 버려 지금까지 의문으로 남아 있다. 　실험 내용을 담은 이 논문(Observation of the antimatter helium-4 nucleus)은 세계적인 과학저널인 네이처 최신호에 실렸다. 　헬륨4 원자핵은 지금까지 인류가 발견한 반물질로서는 가장 무거운 원자핵이다. 과학계는 헬륨4 원자핵보다 더 무겁고 방사성 분열을 하지 않는 반물질 원자핵종을 발견할 확률은 이번 발견 과 비교해 100만분의 1, 또는 그 이하로 희박하다고 보고 있다. 따라서 이번 발견은 인류가 찾은 가장 무거운 반물질 원자핵으로 기록될 전망이다. 　물리학의 가장 큰 수수께끼 중의 하나는 빅뱅 초기에 같은 양으로 생성됐을 물질과 반물질 중에서 ‘왜 지금의 세상은 오로지 물질로만 구성됐을까’하는 의문이었다. 　유 교수는 “이번 발견은 올해 국제우주정거장에 설치돼 우주로부터 날아오는 반물질을 탐색하게 될 AMS 실험과도 직결돼 있고, 앞으로 스위스 선(CERN) 등에서 진행 중인 반물질 연구에도 중요한 계기가 될 것”이라고 밝혔다. 그는 이어 “CERN에서 세계 최대의 가속기인 강입자 충돌기에서 미국의 상대론적 중이온충돌기보다 무려 수십배의 에너지로 중이온충돌 실험이 진행되고 있어, 어떤 반물질이 얼마나 발견될 것인지에도 관심이 모아지고 있다.”고 말했다. 　##반물질(反物質·antimatter)이란? 보통의 물질을 구성하는 소립자(양성자, 중성자, 전자 등)의 반입자(반양성자, 반중성자, 양전자 등)로 구성되는 물질을 말한다. 입자와 반입자가 만나면 상호작용해 감마선이나 중성미자로 변하기 때문에 존재를 확인하기 어렵다. 지금까지 전자의 반물질인 양전자, 양성자의 반물질인 반양성자가 발견됐다. 이번에 발견된 반물질 헬륨원자핵 4는 이들보다 각각 8000배, 4배정도 무겁다. 　인터넷서울신문 event@seoul.co.kr

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