영화 ‘천사와 악마’는 가톨릭교회의 탄압에 의해 사라진 비밀결사단체 요원이 유럽 입자물리연구소에서 반물질 폭탄을 훔쳐 바티칸 전체를 폭파시키려는 내용을 근간으로 하고 있다.  

  여기에서 언급되는 반물질은 보통 물질을 구성하는 입자인 양성자·중성자·전자의 반대되는 입자, 즉 반양성자·반중성자·양전자로 구성된 물질을 말하는데 불과 1g의 무게로 제조된 반물질 폭탄의 위력은 제2차 세계대전 때 일본의 나가사키에 떨어진 원자폭탄보다 두 배가 넘는 위력을 갖고 있다.

  최초의 반물질은 입자물리학 분야에서 1928년 폴 디랙에 의해 발표됐으며, 전하와 반대인 양전자의 상호작용에 의해 반물질의 존재가 세상에 드러나게 됐다. 이들을 더욱 잘 보여준 것은 입자가속기 장치지만 반물질은 물질과 만나면 아주 짧은 시간 내에 모든 질량이 에너지로 바뀌는 쌍소멸 과정을 거쳐 사라져 버린다.
  연구소에서 만들어 낸 수소 반원자도 생성된 지 불과 40나노초, 즉 1억분의 4초 만에 일반 원자와 만나 소멸돼 아무것도 남지 않으며 빛과 감마선만 나올 뿐이다.

  물질과 에너지의 함수관계 방정식, 즉 아인슈타인의 상대성이론 공식 E=mc²을 활용해 1g의 반물질이 1g의 물질과 만나 쌍소멸을 일으킬 경우 투입된 총질량 2g에 대한 결과는 1g씩의 물질과 반물질이 쌍소멸을 일으켜 발생시키는 에너지는 대략 TNT 4만3000톤의 폭발력에 해당된다.  반물질이 쌍소멸하면 투입된 질량의 430억 배에 달하는 에너지가 나오며, 이는 에너지원으로서 엄청나게 매력적이고 이상적이라 할 수 있다. 

▲ 영화 '천사와 악마' 에서 다뤘던 반물질 모습

  현대 물리학이론에 따르면 우주는 대폭발(빅뱅)에 의해 생성됐는데, 반물질의 경우 우주생성 과정과 밀접히 관련돼 있다.
  생성된 초기에는 물질과 반물질의 양이 같았지만 반물질이 급격히 소멸해 현재 우리가 살고 있는 우주는 반물질로만 구성돼 있다. 
  연구소 실험실 내에서 가속기를 이용해 인공적으로 반물질을 극히 짧은 시간 동안 만들 수 있지만, 현재 기술로는 반물질 폭탄을 만들어 낼 수 없다.

  1995년 CERN은 세계 최초로 반물질을 만들어 내긴 했으나, 당시 반물질은 반수소 상태였으며 폭탄을 만들기에는 터무니없이 적은 양이었다.  더욱이 반물질을 이용하기 위해서는 무엇보다도 반물질을 진공상태의 특수관에 보관할 수 있는 저장기술이 필요한데, 이와 같은 기술이 아직 개발돼 있지 않다.   반물질 연구는 우주 탄생의 비밀을 푸는 데 기여할 것으로 보인다.

▲ 영화 ‘스타트랙’에서 반물질을 동력원으로 사용하는 우주선.   

  현대 물리학에 의하면 우주 나이는 약 139억 년으로 추정되고 있는데, 현재 우주가 탄생한 순간을 재현할 반물질을 얻을 수 있는 ‘빅뱅 실험’을 구현할 가속기 충돌실험을 CERN이 준비 중이라고 한다. 빅뱅 이론에 따르면 우주 초기에는 물질과 반물질의 양이 비슷했는데, 반물질은 사라지고 물질만 남아 있다고 한다. 사라진 반물질을 찾는 일도 가속기에서 풀어야 할 숙제로 보인다.

  반물질의 실용화에 성공한다면, 미래의 전쟁을 위한 무기개발보다는 인류를 위해 평화적으로 활용될 수 있을 것이다. 가령 항성 간 여행이 본격화될 미래시점에서 우주선의 동력원으로 가능하거나 광속에 근접한 우주여행이 가능하며, 이를 통해 새로운 차원의 인류미래를 여는 데 크게 기여할 수도 있을 것이다.

정보출처 : 국방일보>미리보는 미래무기 2009년 10월 28일 기사

곽준영 국방기술품질원 선임연구원