CERN 충돌 실험, 원시 물질과 네온 원자핵의 독특한 형태 밝혀

CERN 연구진이 비교적 가벼운 원자핵끼리 충돌시켜 쿼크·글루온 플라스마의 작은 방울을 만들 수 있음을 입증하는 동시에, 원자핵의 숨겨진 기하학적 형태에 관한 단서를 찾아냈다. 동료 심사를 거친 이번 연구 결과는 한때 이 원시 물질 상태를 만드는 데 필요하다고 여겨졌던 납 같은 무거운 원자핵을 넘어 연구 범위를 확장했다.

연구팀은 산소-16과 네온-20 원자핵을 거의 빛의 속도로 가속한 뒤, 산소끼리의 충돌과 네온끼리의 충돌을 각각 비교했다. 쿼크와 글루온이 자유롭게 움직이는 극도로 뜨거운 상태인 쿼크·글루온 플라스마는 우주 탄생 직후 100만분의 1초 동안 우주를 채웠던 것으로 여겨진다.

각 방울은 극히 짧은 순간에만 존재하기 때문에 연구진은 방울이 팽창하고 식으면서 생성된 입자들을 연구했다. 입자들의 움직임에는 최초 충돌의 기하학적 형태가 흔적으로 남아 있었다. 네온 충돌에서는 길쭉한 볼링 핀 모양의 원자핵과 부합하는 패턴이 나타났으며, 이는 산소 충돌에서 나타난 더 둥근 패턴과 구별됐다.

이번 결과는 직접 촬영한 영상이 아니라 추론이며, 측정된 삼각 유동의 변화는 모형의 예측과 정량적으로 일치하지 않아 추가 연구가 필요하다. 그럼에도 이번 발견은 고에너지 입자의 유동이 원자핵 구조에 민감하게 반응한다는 점을 입증한다. 연구진은 이제 헬륨-4를 비롯해 더 가벼운 원자핵으로 실험하며, 쿼크·글루온 플라스마를 형성할 수 있는 계의 최소 크기를 탐구할 계획이다.