지금까지 발견된 것 가운데 가장 질량이 큰 반물질의 증거가 국제 연구진에 의해 발견돼 물리학의 새로운 장을 열었다고 사이언스 데일리가 보도했다.

미국 브룩헤이븐 국립실험소가 운영하는 상대론적중이온충돌기(RHIC)의 솔레노이드추적기(STAR)로 금이온 충돌에서 방출되는 고에너지를 연구해온 국제 연구진은 반양성자와 반중성자 및 반람다 입자를 갖고 있는 음전하의 새로운 반핵을 발견했다고 사이언스 익스프레스 4일자 온라인판에 발표했다.

이 반핵은 또한 `기묘한 쿼크(s쿼크)'를 갖고 있는 최초의 반핵으로 밝혀지기도 했다.

이 연구에 대해 독일 국립연구소 연합회 부회장인 이론물리학자 호르스트 슈퇴커 교수는 "이 실험적인 발견은 우리의 세계관에 미증유의 영향을 미칠 것"이라면서 "이 반물질은 핵종표(核種表:nuclear chart)에 새로운 차원을 여는 것으로 몇년 전까지만 해도 불가능하게 여겨졌던 것"이라고 논평했다.

과학자들은 이 발견으로 중성자별 모델을 설명할 수 있고 초기 우주의 궁극적인 비대칭성을 탐사할 수 있을 것으로 보고 있다.

지구상의 모든 핵은 양성자와 중성자로 이루어져 있으며 표준 원소주기율표는 각 원소의 화학적 성질을 결정하는 양성자 수에 따라 배열돼 있다.

그러나 물리학자들은 같은 원소의 각기 다른 동위원소에서 변할 수도 있는 중성자 수와 s쿼크의 존재 여부에 따라 결정되는 이른바 `기묘도(strangeness)'라는 양자 수를 표시한 보다 복잡한 3차원 도표를 사용하는데 한 개 이상의 s쿼크를 갖고 있는 핵은 `하이퍼핵'이라 불린다.

s쿼크가 없는 모든 일반물질의 기묘도는 0이고 이런 물질의 핵종표는 평면을 이루는데 하이퍼핵은 표의 평면이 아닌 위 쪽에 나타난다. 그러나 이번에 새로 발견된 반s쿼크를 가진 기묘한 반물질, 즉 반하이퍼핵은 처음으로 이 평면 아래 쪽에 위치하는 것으로 나타났다.

새로운 반하이퍼핵의 존재를 보여주는 이 연구는 또한 일반 하이퍼핵의 귀중한 표본을 보여주는 동시에 붕괴된 별의 구조를 이해하는 데 큰 의미를 갖는다.

이 발견은 또한 이 세상의 존재를 가능케 한 초기 우주의 물질-반물질 대칭성 위반을 연구하는 길을 열어 줄 것으로 보인다.

137억년 전 빅뱅 직후 몇 마이크로초 사이에 존재했던 상황을 재현하는 RHIC의 충돌에서는 빅뱅 당시처럼 쿼크와 반쿼크가 같은 양으로 나타난다.

RHIC에서는 마지막까지 살아남은 충돌 파편 가운데 물질과 반물질이 거의 같은 양으로 나타나며 심지어 비교적 복잡한 반핵과 일반물질핵의 경우 역시 마찬가지이다.

반면 오늘날 우주에는 반물질의 존재가 거의 나타나지 않는다.

연구진은 "반물질은 거의 없고 물질이 압도적으로 존재하는 이유를 이해하는 것은 물리학의 큰 숙제"라면서 "이를 해결하기 위해서는 물질과 반물질 사이의 완벽한 대칭이 살짝 무너지는 현상을 측정할 필요가 있는데 장차 RHIC에서 반물질이 측정될 전망이 매우 밝아졌다"고 말했다.