[천문학 칼럼 382회] '반물질' 행방 실마리 규명의 허구에 대하여

우주에 관한 왜곡된 정보는 인류사회에 공포와 허무감을 조성하며 막대한 경제적 피해를 끼친다. 그 왜곡된 정보는 과학이라는 명분으로 잘 포장되어 언론을 통해 유포되며, 인류에게 공포와 허무감을 줄뿐만 아니라, 45조원 이상의 막대한 경제적 피해까지 끼치고 있는 것이다. 아울러 그 왜곡된 정보의 비과학적 실체를 밝히는 것은, 인류문명의 완성을 위해 매우 중요하다.

아시아경제에 다음과 같은 기사기 실렸다.

지금은 사라진 우주의 '반물질' 행방 실마리 규명

2014년 4월 3일 아시아경제

"힉스입자 특성 측정할 수 있는 차세대선형가속기 전 단계"

▲전자와 양전자가 충돌하여 매혹 중간자를 만들어 내는 과정.[사진제공=미래창조과학부]

우주가 만들어졌을 때 물질과 함께 있었던 반물질의 행방에 대한 실마리가 규명됐다. 국내 연구진이 충돌실험을 통해 우주를 이루는 기본입자가 그 반입자와 섞이는 현상을 규명해 낸 것이다. 우주 생성초기에 기본입자와 짝을 이루며 존재했지만 이제는 사라지고 없는 반물질의 행방에 대한 실마리가 될 것으로 기대된다.
우주를 이루는 기본입자에는 전하만 반대이고 나머지 성질은 같은 '반입자'가 있다.

우주 생성 초기에는 반입자로 이뤄진 반물질이 물질과 같은 양으로 존재했다.

현재는 물질만 존재하는 것으로 관측되고 있다. 반물질(anti-matter)의 행방에 대한 질문은 과학에서 가장 중요한 질문 중 하나이다.
우주를 이루는 기본입자의 하나인 매혹쿼크 중간자는 반입자와의 뒤섞임 가능성 때문에 각국 연구진이 그 증거를 찾으려고 애쓰지만 전자-양전자 충돌데이터로는 결정적 증거가 부족한 상황이었다.
매혹쿼크 중간자(charm quark meson)는 우주를 이루는 기본입자인 6개의 쿼크 중 하나인 매혹쿼크와 다른 쿼크 2개가 뭉쳐진 계로 약 10~13 초 정도만 존재하다가 붕괴하는 양자상태를 말한다. 양자상태의 뒤섞임(mixing of quantum state) 현상은 두 개의 양자상태가 한 상태에서 다른 상태로 전이하는 것을 말한다.
연구팀은 매혹쿼크 중간자와 그 반입자와의 섞임 현상이 99.9999% 이상의 신뢰성을 가지고 반드시 일어난다는 것을 '전자-양전자 충돌실험'을 통해 입증했다. 기존 실험에서 섞임 현상에 대한 힌트는 있었지만 단일 전자-양전자 충돌실험만으로 명확하게 규명된 적은 없었다.
반입자와의 섞임 현상에 대한 실험적 증거를 얻게 됨에 따라 앞으로 사라진 반물질의 근원에 대한 후속연구로 이어질 것으로 기대된다. 전자와 양전자를 빛의 속도에 매우 가깝게 가속시켜 서로 충돌시킨 후 발생하는 파편 가운데 매혹쿼크의 붕괴시간을 측정했다.
매혹쿼크 중간자는 자연스럽게 붕괴하는 반면 반입자는 예측하지 못하는 방식으로 붕괴되는 점에 착안해 이 두 붕괴방식의 비율을 측정한 결과 입자와 반입자의 섞임이 없을 가능성은 0.00005%로 나타난 것이다.
이번 연구는 고려대 물리학과 고병록 박사가 주도하고, 원은일 교수가 교신저자로 참여했다. 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업의 지원으로 이뤄졌다. 국제학술지 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)

최신호((논문제목 : Observation of mixing in collisions)에 실렸다.
고 박사는 "기존 연구를 뛰어넘어 단일 전자-양전자 가속기 기반 실험으로 매혹 중간자 섞임 현상을 발견한 연구"라고 설명했고 원 교수는 "최근 발견된 힉스입자의 특성을 정밀 측정할 수 있는 유일한 도구인 차세대선형가속기의 전 단계라고 할 수 있는 전자-양전자가속기를 활용한 것으로 관련 분야 국내 연구진 주도의 후속연구가 기대 된다."고 강조했다.

기사 내용에 대한 진실

2,327. 미래창조과학부는 전자와 양-전자(반물질)가 충돌하여, 매혹 중간자를 만들어 내는 과정이라는 그림을 소개했다.

위 그림에서 1~3번 과정은 전자와 양-전자가 충돌하며 붕괴되는 장면이다. 1974년, 스탠포드선형가속기연구소에서 개발한 전자-양전자 충돌형가속기가 가동에 들어갔다. 전자와 양전자는 이 가속기에서 20억에서 60억 eV까지의 에너지를 가질 때까지 가속된 후 충돌하여, 전자의 질량보다 2천배 이상 무거운 입자가 생겨났다. 즉, 전자와 양전자가 충돌하면 중성미자, 광자들로 붕괴-해체되며 사라지는데, 그 가속기에서는 전자의 질량보다 무려 2천 배 이상이나 무거운 입자가 생겨난 것이다.

그럼 그 입자의 질량은 어떻게 생겨난 것인가?

너무도 불 보듯이 빤한 질문이다. 그 입자가속기의 진공 속에 에너지를 제공하지 않으면, 절대 생겨날 수 없는 입자이기 때문이다.

전자와 양전자는 충돌을 통해 중성미자, 광자들로 붕괴되고 원-입자로 해체되어 사라지지만, 그와 동시에 20억에서 60억eV까지 가속되어 충돌하며 발생한 에너지를 남기게 된다.

그 에너지는 원-입자들에 제공된다. 이어 원-입자들은 그 에너지로 결합하며, 전자보다 2천배 이상 무거운 질량을 가진 입자로 순식간에 나타났다. 그리고 에너지를 잃는 동시에 도로 해체되어 다시 원-입자로 돌아갔다.

기사에서 소개된 연구팀은 전자-양전자 충돌을 통해 생겨난 그 입자를, 138억년 전 빅뱅-우주생성 초기에 있었던 물질이라고 거짓말을 한다. 방금 전에 입자가속기에서 인공적으로 생겨났다가 사라진 것을, 138억년 전에 있던 것이라고 거짓말을 한다.

분명 그 입자는 입자가속기에 에너지를 제공하지 않으면 생겨날 수 없는 것인데, 138억년 전에 있던 것이라고 속이는 것이다. 이 진실을 물리적 증거로 반론할 수 있는가?

2,328. 기사는 다음과 같이 주장한다.

우주가 만들어졌을 때 물질과 함께 있었던 반물질의 행방에 대한 실마리가 규명됐다.

국내 연구진이 충돌실험을 통해 우주를 이루는 기본입자가 그 반입자와 섞이는 현상을 규명해 낸 것이다. 우주 생성초기에 기본입자와 짝을 이루며 존재했지만 이제는 사라지고 없는 반물질의 행방에 대한 실마리가 될 것으로 기대된다.
우주를 이루는 기본입자에는 전하만 반대이고 나머지 성질은 같은 '반입자'가 있다.

우주 생성 초기에는 반입자로 이뤄진 반물질이 물질과 같은 양으로 존재했다.

현재는 물질만 존재하는 것으로 관측되고 있다. 반물질(anti-matter)의 행방에 대한 질문은 과학에서 가장 중요한 질문 중 하나이다.

- 연구팀은 우주물질이 138억년 전 빅뱅 때 모두 만들어진 것을 전제로 주장하고 있다.

그런데 미국나사와 유럽우주국의 최첨단 과학기술에 의해 밝혀진 초기우주의 질량은, 지금의 우주질량에 비해 수천억의 수천억 배 이하로 매우 작다.

지금의 우주질량이 초기우주에 비해 수천억의 수천억 배 이상으로 많아졌다는 것은 곧 그만큼 많이 생성되었다는 것이며, 또 지금도 계속 생성되고 있다는 물리적 증거가 된다.

이 진실을 밝힐 수 있는 물리적 증거들은 수백 가지 이상이 되지만, 빅뱅론을 증명할 수 있는 물리적 증거는 단 한 가지도 존재하지 않는다.

아울러 연구팀의 주장으로는 우주의 진실을 밝힐 수 있는 게 아무 것도 없다.

그런즉, 연구팀의 주장은 허구에 지나지 않는다.

이 진실을 물리적 증거로 반론할 수 있는가?