하늘에서 바라본 상대론적 중이온충돌기(RHIC)

가속기 실험에는 실험의 대상인 입자를 가속해 충돌시키는 원형 가속기의 성능이 중요하다. 하지만 충돌 결과 생성되는 입자의 전기신호를 검출기가 검출하고 또 이를 디지털신호로 바꿔 입자의 궤적을 추적하는 과정도 이에 못지 않게 중요하다. 충돌로 생성된 입자의 궤적을 추적하면 입자의 에너지 손실과 비행시간을 계산해 정체를 밝혀낼 수 있다. 이번에 발견한 반물질 헬륨4도 그런 과정을 통해 발견한 것이다. 물론 궤적의 추적과 분석에는 성능 좋은 컴퓨터가 필수적이다.

가속기 실험이 여러 단계의 과정을 거쳐 결과물을 도출해내는 만큼 여기에 참여하는 연구진의 수도 많다. 이번에 반물질 헬륨4를 발견한 미국 뉴욕주 브룩헤이븐국립연구소의 상대론적 중이온충돌기(RHIC)도 마찬가지다. 네이처에 실린 이번 논문의 공동저자로 이름을 올린 사람만 미국과 중국 한국 러시아 인도 등 12개국 54개 연구기관 500여 명에 달한다. 이들은 검출기의 이름을 따 'STAR 공동연구그룹'으로 불린다. 우주개발이나 핵융합 연구와 마찬가지로 가속기 연구와 같이 막대한 자본과 인력, 거대한 연구 시설물이 필요한 '거대과학(Big Science)'은 국제적인 공동연구가 활발하다.

RHIC에서 충돌시킨 뒤 생성된 입자의 궤적을 추적해 검출하는 기기. 이들 시설은 지금까지 발견된 반물질 중 가장 무거운 헬륨4 원자핵을 밝혀내는 데 결정적인 공헌을 했다.

이번 실험에는 중국팀이 만든 검출기가 큰 역할을 했다. 중국은 칭화대, 중국과학기술대, 입자물리연구소, 상하이응용물리연구소 등의 과학자들이 2000년 RHIC 가동 때부터 참여했다. 부산대 유인권 교수팀은 한국연구재단의 지원으로 국내에서는 유일하게 2002년부터 연구에 동참했다. 뒤늦게 합류한 탓에 검출기 제작 등에는 힘을 보태지 못했다.

브룩헤이븐국립연구소는 1960년대에 가속기 연구를 시작했다. RHIC는 그 중 가장 최신의 가속기로 둘레가 3.83㎞이다. 유럽입자물리연구소(CERN)의 강입자가속기(LHC)가 200여m 지하에 설치된 것과 달리 RHIC는 지상에 설치한 뒤 흙을 덮어 만들어 인공위성에서도 관찰된다.