“물리학계 숙원 해결” 희귀 동위원소 ‘산소-28’ 찾았다

아주 잠깐 동안만 나타나는 원소
1000번 실험하면 4번 검출 가능

국내 연구진이 참여한 국제공동연구단이 세계 최초로 희귀 동위원소인 ‘산소-28’을 실험적으로 찾아내는 데 성공했다. 이번 연구가 원소의 기원, 중성자별의 생성 원리 등을 밝혀내는 열쇠를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

일본 이과학연구소(RIKEN) 연구진이 주축이 된 공동연구진은 지금까지 이론적으로 산소-28이 안정적으로 존재할 것이라고 예상했지만 실험 결과 매우 짧은 시간밖에 존재할 수 없다는 사실을 확인해 국제학술지 ‘네이처’ 30일자에 발표했다. 이번 연구에는 기초과학연구원(IBS) 희귀핵연구단이 참여했다.

연구진은 산소-28이 워낙 짧게 존재하기 때문에, 산소-24와 중성자 4개로 붕괴한 뒤 이를 포착하는 방식으로 산소-28을 검출했다. 이번 연구에 참여한 황종원 IBS 희귀핵연구단 연구원은 “중성자 4개를 한번에 검출하는 게 워낙 어려운 기술이라 지금까지 많은 연구진이 실패해 왔다”고 설명했다. 이번 검출이 이뤄진 이화학연구소의 중이온가속기 ‘RI 빔 팩토리’의 검출 효율은 0.4%였다. 1000번 실험하면 4번 검출할 수 있다는 의미다.

학계에서는 이번 연구가 원소의 기원을 알아내는 데 중요한 역할을 하는 ‘존재 한계선(drip line)’을 알아내는 데 기여한 것으로 평가하고 있다. 원자는 양성자와 중성자, 전자로 구성돼 있는데 중성자의 수에 따라 같은 원소지만 특성이 조금씩 다른 동위원소가 만들어진다. 중성자의 수가 하나씩 늘어나다가 동위원소로 존재할 수 있는 한계 지점이 존재하는데, 이를 존재 한계선이라고 한다.

로버트 잰슨 미국 노스캐롤라이나대 교수는 “물리학계의 오랜 숙제를 해결했다”고 평가했다. 네이처는 “이번 실험으로 그간 (안정적인 핵종을 예측해 왔던) 물리학자들의 이론을 업데이트해야 할 수도 있다”고 평가했다.

최지원 기자 jwchoi@donga.com