고출력 레지저 장비 이용 빛에서 물질 생성 방법 찾아

1년내 실험 통해 입증 목표

18일 영국 가디언에 따르면 런던 임페리얼 칼리지 소속 물리학자들은 고출력 레이저 광선과 기타 장비들을 이용, 빛에서 물질을 생성하는 방법을 찾아냈으며 향후 12개월 내에 실험을 통해 이를 입증하는 것을 목표로 삼고 있다.

물론 이들이 만들려 하는 것은 일상적 물체가 아니라, 눈으로는 볼 수 없는 양자, 전자와 같은 아원자의 형태다.

빛에서 물질이 생성될 수 있다는 이론은 80년 전인 1934년 미국 물리학자 그레고리 브라이트와 존 휠러에 의해 이론화됐다.

두 사람은 2개의 광자가 충돌하면 전자와 그 반물질인 양전자가 생성될 수 있다는 이론을 제시했다.

전자는 원자 외곽을 형성하는 입자들이다. 브라이트와 휠러는 문제의 이론을 발표할 당시 빛이 물질로 전환되는 현상은 극히 드문 경우라면서 실험실 수준에서는 재현이 거의 불가능하다고 생각했었다.

임페리얼 칼리지의 물리학자들은 전문학술지 ‘네이처 포토닉스’를 통해 3단계 절차를 밟아가면 실험실에서도 빛을 물질로 전환할 수 있다고 주장하는 논문을 브라이트-휠러 이론이 나온 지 80년 만에 발표했다.

이 논문에 따르면 1단계로 금으로 된 얇은 판에 전자를 발사해 고출력 광자 빔을 만들고 2단계로 역시 금으로 만든 작은 캡슐, 이른바 홀라움(빈 공간)에 고출력 레이저를 발사해 별에서 방출되는 수준의 매우 밝은 빛을 만들며, 마지막으로 1단계에서 생성된 광자 빔을 홀라움에 보내면 두 개의 광자 흐름이 서로 충돌한다는 것.

이런 상태가 되면 높은 에너지를 가진 광입자들에 엄청난 압력이 가해져 10만개 가량의 전자-양전자 조합을 만들어낼 수 있다는 게 임페리얼 칼리지 연구팀의 기대다.

연구를 주도한 물리학자 올리버 파이크는 브라이트-휠러 프로세스는 에너지와 물질이 상호 전환될 수 있다는 천재 물리학자 아인슈타인의 유명한 E=mc2 공식을 입증하는 가장 단순하면서도 깔끔한 방법이라고 말했다.

동료 연구원인 스티븐 로스는 2차 세계대전 직전 양자전기역학(QED) 이론이 등장한 이후 선보인 가장 극적인 예측이라고 자부했다.

임페리얼 칼리지 연구팀은 1년 안으로 입증을 마칠 계획이다. 미국 뉴욕주 로체스터의 오메가 레이저, 영국 버크셔의 올더매스턴 핵무기 연구소가 보유한 오리온 레이저 등이 이들의 실험을 지원할 수 있는 시설들에 포함된다.

옥스퍼드 대학 존 애덤스 연구소의 안드레이 세리 소장은 “물질과 에너지, 입자와 빛 처럼 연관성이 없다고 생각한 것들이 사실상 상호 전환될 수 있다고 생각하는 것만도 놀랍다”면서 “미래에는 에너지를 시간으로, 혹은 그 반대로 바꿀 수 있지 않을까”라고 논평했다.