「우주의 신비를 밝힐 원자를 찾아라」물질을 이루는 기본단위인 원자의 실체를 규명하려는 과학적 노력들이 최근 새로운 미지의 원자들을 속속 밝혀내고 있다. 과학전문지인 「네이처」 최근호에 따르면 러시아의 듀브나 핵연구소 연구원들이 플루토늄과 칼슘이온을 충돌시켜 양성자가 114개인 원자번호 114번 원자를 만들어냈다. 이 원자는 30초동안 존재하다가 사라졌다.
이에 앞서 지난달에는 미국의 로렌스 버클리연구소팀이 납과 크립톤 이온을 충돌시켜 원자번호 116번과 118번 물질의 존재를 확인했다.
학계에서 새로운 원자 발견에 주목하는 이유는 우주의 구성물질인 원자의 존재와 생성과정을 알면 우주의 시작으로 추측하는 「빅뱅」의 진행과정등 우주의 탄생비밀을 밝힐 수 있기 때문이다.
현재까지 발견돼 번호와 이름이 부여된 원자는 109개. 원자번호는 중성자와 함께 원자핵을 이루는 양성자의 숫자로 결정된다. 이 가운데 자연계에 존재하는 것은 94개뿐이며 나머지는 인공작업을 통해 만들어야 한다. 자연에 존재하지 않는 원자들은 수명이라고 할 수 있는 반감기가 1초도 안돼 인위적인 방법말고는 존재자체를 확인하기가 힘들다.
노벨화학상 수상자인 미국의 글렌 시보그박사는 100개 이상의 양성자를 가진 원자도 1.5배이상의 중성자가 존재하면 안정상태를 유지할 수 있다는 「원자안정섬 이론」(island of stability)을 발표해 최고 150번대까지의 원자의 존재가능성을 시사했다. 과학자들은 이 이론에 따라 44년부터 96년까지 핵반응기나 입자가속기로 우라늄계열의 원자들을 충돌시키는 실험을 통해 95번부터 112번까지의 원자를 만들었다. 113번과 115번, 117번의 존재는 아직 확인되지 않았으며 114, 116, 118번이 최근 발견된 것이다.
전세계에서 새로운 원자발견에 힘을 쏟고 있는 나라는 미국, 독일, 러시아 등 3개국 뿐이다. 원자발견에 필요한 입자가속기 등 장비와 투자비용이 만만치 않기 때문이다. 최근 유럽연합이 세계최대의 입자가속기를 설치하기 위해 준비중이며 국내에도 원자발견은 힘들어도 분자실험정도는 할 수 있는 입자가속기가 포항공대에 설치돼 있다.
원자발견과 함께 원자의 구성요소를 밝히는 작업도 활발하게 진행중이다. 원자핵인 양성자와 중성자를 잘개 쪼갠 소립자(쿼크)는 8종이 확인됐으며 소립자집단인 중성미자(뉴트리노)의 존재는 미국과 일본 등에서 실험을 통해 확인작업을 벌이고 있다.
/최연진기자 wolfpack@hk.co.kr
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