가속기는 흔히 ‘노벨상을 낳는 장비’로 불린다. 역대 노벨물리학상 수상자 다섯 명 중 한 명은 가속기를 활용해 연구를 했다는 통계가 있을 정도다.
국내에도 가속기가 여럿 있다. 이제 막 건설에 들어간 것도 있고 올해 말 완공 예정인 것도 있다. LHC에 비하면 규모가 훨씬 작고 용도도 다르지만 해당 분야에선 세계적 수준의 장비로 꼽힌다. “본격적으로 가동되면 노벨상급 연구 결과가 나올 것”으로 기대를 모으고 있다.
2021년 대전 국제과학비즈니스벨트에 들어설 중이온가속기 ‘라온’은 최근 핵심 장비인 가속관 성능시험을 마쳤다. LHC는 수소 원자에서 전자를 떼어낸 이온인 양성자로 충돌실험을 한다. 반면 라온은 헬륨·탄소·우라늄 등 수소보다 무거운 원소의 이온을 이용한다. 이런 중(重)이온을 빛의 속도에 가깝게 가속시켜 다른 물질을 때리면 펨토미터(㎙=1000조 분의 1m) 크기의 물질 세계를 연구할 수 있다. 물질의 구조를 바꿔 새로운 희귀 동위원소를 찾아낼 수도 있다.
정순찬 기초과학연구원(IBS) 중이온가속기건설구축사업단장은 “LHC는 빅뱅 직후, 라온은 빅뱅 3분 뒤 우주를 재현할 수 있다”며 “빔의 에너지(200MeV/u)는 LHC에 크게 못 미치지만 동급 가속기 가운데 빔의 강도는 세계 최고 수준”이라고 말했다. 실제로 라온의 빔 출력은 400㎾로 일본(RIBF, 100㎾)·캐나다(ISAC2, 50㎾) 등의 중이온가속기를 앞선다. 빔이 강하면 입자 충돌 횟수가 많아진다. 그만큼 실험 효율을 높이고 실험시간을 단축할 수 있다.
올해 말 완공 예정인 포항의 4세대 방사광 가속기도 방사광 가속기 가운데 최고 사양으로 꼽힌다. 방사광(放射光)은 가속된 전자의 운동 방향이 바뀔 때 나오는 빛을 가리킨다. 현재 가동 중인 3세대 가속기가 태양의 1억 배 밝기의 빛을 내는데, 4세대는 3세대의 100억 배 밝기다. 이 빛을 이용하면 머리카락 두께의 수십만 분의 1 크기의 물질 내부를 훤히 들여다볼 수 있다. 수십조 분의 1초 사이에 분자가 결합하고 떨어지는 모습도 관찰할 수 있다.
이외 경북 경주에 양성자 가속기가 2013년 가동을 시작했고 부산에는 의료용 중입자가속기 건설이 추진 중이다.
정 단장은 “좁은 나라에 값비싼 가속기가 너무 많은 것 아니냐는 비판도 있지만 일본만 해도 웬만한 대학 등에 가속기가 한 대씩 있다”며 “가속기는 과학의 ‘허리’를 두껍게 해 뚝심을 길러주는 기초 연구장비”라고 말했다. 정 단장은 1994년 일본 도쿄대 조교수를 거쳐 97년부터 일본 고에너지가속기연구소(KEK) 교수로 일했다. 2009년 라온 설계를 도왔고 지난 1월 건설단장에 선임됐다.
대전=김한별 기자 kim.hanbyul@joongang.co.kr
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