태양광으로 우주의 기원을 살핀다고? 열렸다, 참깨! 중동 입자가속기(SESAME)

소설 ‘알리바바와 40인의 도둑’에서 알리바바의 형 카심은 동굴 문을 여는 주문을 잊어 갇혀버리죠. 지난해 5월 16일, 중동에서 다시 ‘열려라 참깨’라는 주문이 울려 퍼지고 새로운 세상이 열리게 되었습니다. 요르단 북서부 발까주에 중동 싱크로트론 광 실험 응용과학연구소(SESAME•이하 세서미)가 공식 출범한 것인데요. 1주년을 맞이한 세서미가 중동 최초의 중입자가속기라는 점 말고도 주목받는 이유는 또 있습니다. 가속기를 운용하는 전력을 태양광 등 신재생에너지를 통해 얻었기 때문이죠. 가속기 연구는 우주의 기원, 원자의 탄생 등 과거를 쫓는 일인 만큼, 미래 에너지를 통해 과거를 살피는 연구가 시작된 것이죠.

 

세서미는 스위스에 위치한 유럽 핵입자 물리연구소(CERN)를 모델로 만들어졌습니다. 오늘날 중동뿐 아니라 개발도상국까지도 가속기 건설에 열을 올리고 있는데요. 우리나라도 포항의 3세대 방사광가속기를 비롯해, 중이온 가속기, 중입자 가속기 등 새로운 가속기가 줄지어 구축되고 있답니다. 왜 세계는 이토록 가속기 연구에 ‘가속’ 페달을 밟는 중일까요?

 

가속기를 통해 과학자들은 나노보다 더 작은, ‘펨토’라는 세계를 들여다볼 수 있게 되었기 때문인데요.  펨토미터(fm)는 10억 분의 1m를 뜻하는 나노미터(nm)의 100만 분의 1밖에 안 되는 짧은 길이입니다. 나노 과학이 분자의 세계를 다룬다면, 펨토 과학은 원자의 중심부에 있는 원자핵, 그리고 이를 구성하는 양성자와 중성자의 세계를 탐구합니다. 사람은 양성자와 중성자가 이룬 원자핵에서 시작, 원자가 모인 분자, 분자가 모인 단백질로 이뤄졌죠. 이처럼 펨토를 본다는 것은 세상 모든 물질의 근본을 이해한다는 의미기도 합니다.

 

세서미는 어떻게 이토록 작은 세상을 볼 수 있는 걸까요? 세서미의 원리를 보면 잘 알 수 있답니다. 우선 무거운 중(重) 원자를 이온 상태로 만든 뒤, 빛의 속도에 가깝게 가속시키는 일이 첫 번째 과정입니다. 이온화된 원자핵은 세서미의 133m 도넛 모양 고리를 따라 회전하다 목표로 한 다른 원자핵과 충돌합니다. 충돌 이후 원자핵이 분열하고, 그곳에서 양성자와 중성자가 나타났다 다시 결합하며 새로운 원자핵이 만들어집니다. 어떤 원자들을 충돌시켰는지 따라 생겨나는 원자도 달라지죠. 이 과정에서 이전에 없던 완전히 새로운 원소가 만들어지기도 하죠. 

세서미의 활약은 실생활에 유용하게 사용되기도 합니다. 신소재와 신약 개발, 암 치료, 핵폐기물 처리, 농작물 육종 등 실질적 활용처가 매우 다양하다는 건데요. 세서미는 중동 각 지역에서 55개의 연구 과제를 신청받았으며, 현재는 고대 예술품에 사용된 도료를 분석하고, 공기 오염을 분석하는 등의 업무를 수행하고 있습니다.

세서미는 가속기 연구시설 가운데 처음으로 신재생에너지를 이용해 가속기를 구동하고 있습니다. 최고 권위의 국제 학술지 ‘네이처’는 카헬드 토우칸 세서미 의장을 지난해(2017년) 주목할만한 과학적 업적을 남긴 10대 인물로 꼽기도 했는데요. 네이처가 토우칸 의장에 주목한 이유도 바로 세서미에 태양광 발전소 설비를 위한 재원을 받은 데 기여한 인물이라는 점 때문입니다.

 

중동 국가들은 석유자원이 풍부하지만, 신재생에너지 발굴을 위해서도 에너지를 쏟고 있습니다. 과거의 선진국들이 그랬듯, 풍부한 자원도 언젠가는 고갈되고 지속 가능하지 않다는 점을 깨달았기 때문이죠. 신재생에너지를 적국 발굴하고 연구해 미리 에너지 고갈에 대비하겠다는 자세는 높게 살만한 점입니다. 그중 태양광 발전이 가장 압도적입니다. 일조량이 많은 중동의 특성상 가장 효율적으로 획득할 수 있는 에너지원이기 때문이죠. 한화큐셀 역시 최근 중동의 오만에 500MW(메가와트) 규모의 사업 입찰에 성공하는 등, 국내 기업도 중동으로 진출해나가고 있는데요. 태양광으로 과거를 탐구하는 과학이 함께할 때, 인류가 지금껏 알지 못했던 새로운 비밀이 드러날지도 모릅니다. 

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