라온, 한국 현대물리학 연구 발전시키다

기대되는 라온 중이온 가속기 설계의 미래

[ 객원 에디터 5기 / 한지헌 기자 ] 현대물리학은 많은 종류로 나눠진다. 고에너지 물리학, 일반상대성이론, 양자역학, 그리고 고에너지 물리학과 양자역학의 융합 등으로 나눌 수 있다. 

일반상대성이론은 유명한 과학자 알버트 아인슈타인이 제시한 물리학 이론으로, 중력을 해석하는 학문이다. 양자역학은 미시세계에서의 입자의 운동과 상호작용을 설명하는 것이다. 이번 기사는 고에너지 물리학에 대해 다루고 있다. 고에너지 물리학을 간단히 요약하자면, 이는 입자물리학의 분야로, 원자핵 및 입자의 구조와 상호작용을 연구하는 것이다. 

고에너지 물리학의 중심적인 연구 주제 중 하나는 입자의 내부 구조이다. 연구 방법은 주로 입자를 빛의 속도와 가까이 운동시킬 수 있는 입자 가속기를 통해서 이루어진다. 

쿼크라는 단어를 들어본 적이 있을 것이다. 쿼크란, 우리가 흔히 아는 전자, 양성자, 중성자보다, 더 작은 단위이다. 이와 같은 쿼크도 현재 가장 큰 연구소 및 입자가속기인 CERN에서의 두 양성자 충돌에서 발견한 것이다. 이뿐만 아니라, 2004년 일본의 한 연구소에서도 입자가속기를 이용해 새로운 원소 ‘니호늄’을 발견하는 데 성공한 사례가 있다. 이러한 물질들이 전기저항 없는 신물질일 수도 있고, 암을 고치는 새로운 입자일 가능성도 있어서 과학자들은 가속기의 잠재력을 크게 보고 있다.

그러면 한국에는 입자가속기가 없을까? 현재는 4개가 있다. 경주의 양성자 가속기, 포항가속기연구소에 2대의 전자 가속기, 그리고 현재 대전에서 짓고 있는 중이온 가속기 ‘라온’이 있다. 

라온은 앞서 말했듯이, 중이온 가속기이다. 현재 짓는데 진행이 잘 되어있다. 구조는 124개의 가속관이 있으며 길이는 120m, 입자가 가속관 시작 부분으로 들어가면 하나 지날 때마다 속도가 붙는다. 가속관을 -270도로 냉각시켜 장비를 차갑게 유지하는 냉각장치도 있다. 라온은 아르곤 이온을 가속관에 통과시켜서 빛의 수준으로 빠르게 가속하는 데 성공했다. 아직 작동이 안 되는 구간도 있다고 하지만 입자 목표 속도는 달성했다고 한다. 

라온은 오늘날도 발전되어가고 있으며, 2025년까지 완료될 예정이다. 가속기의 성능과 시설을 확충하는 작업만 남았다고 한다. 우리나라에서도 입자가속기가 성공적으로 설계가 되면, 일본처럼 우리만의 원소, 코리아늄이 미래에 생길 가능성이 있다.