사이언스 초중량 원소 인위적 합성 성공

　

　미국 과학자들이 지금까지 존재하지 않는다고 생각돼 왔던 원자핵을 비롯, 여러 종류의 새로운 원자핵을 만들어 내고 검출하는데 성공했다고 BBC 뉴스 인터넷판이 29일 보도했다.

미시간 주립대 연구진은 아주 무거운 마그네슘 동위원소인 마그네슘-40을 실험실에서 만들어냈으며 이론적으로 존재하지 않는 알루미늄-42와 알루미늄-43도 만들어냈다고 네이처지 최신호에 발표했다.

마그네슘은 보통 12개의 중성자를 갖는데 마그네슘-40은 12개의 양성자와 28개의 중성자를 갖고 있다. 알루미늄은 14개의 중성자를 갖는 것이 보통이지만 알루미늄-42는 13개의 양성자와 29개의 중성자를, 알루미늄-43은 13개의 양성자와 30개의 중성자를 갖고 있다. 입자 가속기 안에서 광속의 절반 속도로 원자를 부수는 방법으로 만들어 낸 이 세 가지 새로운 동위원소는 몇분의 1초 동안만 존재했지만 실험의 성공은 다른 원소들의 무거운 동위원소들도 만들 수 있음을 시사하는 것이다.

이처럼 무거운 원자핵을 만들어 낼 수 있는 자연 현상은 별의 폭발인데 이번 실험은 이런 현상을 모방한 것으로 별의 형성 과정을 추측할 수 있게 해 주며 이론물리학자들은 기존 원자핵 모델의 타당성을 검증할 기회를 갖게 됐다. 연구진은 “물질의 안정성 한계는 예상보다 훨씬 클 가능성이 있다”며 “이번 연구는 원자핵에 관해 아직도 미지의 영역이 얼마나 넓은 지 보여주는 것”이라고 말했다.

20세기 초부터 물리학자들은 강한 원자력으로 결합된 양성자와 중성자가 원자핵을 형성한다는 사실을 알게 됐고 같은 화학원소의 모든 원자들은 고유의 양성자 수를 갖지만 각기 다른 수의 중성자를 가질 수도 있다는, 즉 동위원소들이 존재한다는 이론을 확립했다. 그러나 1930년대부터 원자력을 연구하는 학자들은 일정한 수의 양성자가 결합할 수 있는 중성자 수의 한계, 즉 중성자 드립 라인을 탐구해 왔다.

중성자 드립라인을 안다는 것은 핵을 결합시키는 힘을 이해하는데 필수적이지만 지금까지도 학자들은 양성자와 중성자가 어떻게 결합하는 것이 가장 많은 원자핵을 만들어낼 수 있는지 정확히 알지 못하고 있다. 이 문제에 접근하는 한 가지 방법은 같은 수의 양성자와 다른 수의 중성자를 갖고 있는 이른바 일반 원소의 핵 위에 중성자를 몇개나 인위적으로 올려 놓을 수 있는지 알아보는 것인데 여기에 사용되는 것이 초고속으로 다른 물질로 무거운 원자를 때리는 원형입자가속기이다.

연구진은 이런 방법으로 이론적으로 존재할 수 없을 것으로 여겨졌던 동위원소까지 만들어냈지만 ’마그네슘과 알루미늄 동위원소의 한계가 어디인지는 지금으로선 알 수 없다“면서 다음 실험에서는 측정 및 검출 기술을 개선해 더 무거운 동위원소까지도 검출할 수 있을 것으로 기대했다.

　 이정환기자@전자신문, victolee@