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[동아사이언스][프리미어리포트]'핵'빠르게 던지는 가속기 작성자 : 관리자 작성일자 : 2020.08.03조회수 2581 |
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[프리미어리포트]'핵'빠르게 던지는 가속기 우리는 아주 빠른 속도를 묘사할 때 빛처럼 빠르다고 표현합니다. 예를 들어, 야구 투수가 약 시속 160km를 넘는 공을 던지면 빛처럼 빠른 공이라는 뜻으로 ‘광속구’라고 비유합니다. 그런데 정말로 빛의 속도에 가깝게 물체를 던지는 사람들이 있습니다. 바로 저와 같은 핵물리학자들입니다.
‘핵’ 작은 핵을 ‘핵’ 빠르게 던지는 비결
빛은 얼마나 빠를까요? 빛은 진공이나 공기 중에서 1초에 30만km를 이동해 지구를 일곱 바퀴 하고도 반 바퀴나 더 돌아요. 유럽입자물리연구소(CERN)의 거대강입자가속기(LHC)는 빛의 99.999999%에 달하는 속도로 수소 원자의 핵인 양성자를 던져서 서로 충돌시킵니다. 말 그대로 ‘빛처럼 빠르게’ 입자를 가속시키는 겁니다.
그런데 핵은 너무 작아서 눈에 보이지도 않고 만질 수도 없습니다. 이처럼 던질 수 없을 정도로 작은 입자는 어떻게 가속할까요? 답은 ‘전기력’에 있습니다. 전하*를 띠는 물체는 서로 밀거나 당기는 ‘전기력’을 받습니다. 가속기에서 사용하는 수소 원자는 음전하를 띠는 ‘전자’와 핵으로 이뤄져 있는데, 이중 수소핵은 양전하를 띠는 ‘양성자’ 하나입니다. 즉, 수소핵은 양전하를 띠므로 전기력을 가해 속도를 높일 수 있습니다.
세상을 이루는 근본적인 물질은 무엇일까? 가속기 안에서 수소핵이 빛만큼 빠르게 움직이다 서로 ‘꽝’ 부딪치는 등 역동적인 사건이 일어나는 동안, 저와 같은 핵물리학자는 컴퓨터가 가득한 연구실에서 24시간 내내 모니터를 보는 등 바삐 움직입니다. 보통 10명 내외로 이뤄진 팀들이 8시간씩 교대하며 실험이 제대로 이뤄지고 있는지, 원하는 데이터가 정상적으로 모이는지 등을 항상 확인합니다. 이런 일을 미국 브룩헤이븐국립연구소(BNL)의 상대성중이온가속기(RHIC)에서는 약 1000명의 과학자들이, LHC에서는 약 만 명의 과학자들이 전세계에서 찾아와 돌아가며 합니다.
세계 곳곳에 있는 다양한 가속기 중 입자를 빛의 속도에 가깝게 가속시키는 것은 LHC와 RHIC입니다. 특히 LHC의 길이는 어마어마해 둘레가 서울 가로 길이보다 고작 3km 짧은 27km에 달합니다. 스위스와 프랑스에 걸쳐 땅속 175m 깊은 곳에 있습니다. RHIC도 짧지는 않아 둘레가 약 3.8km에 달합니다.
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