美 물리학자, 시트콤 '빅뱅 이론' 주인공도 풀지 못했던 핵융합로 문제 해결

전 세계적인 인기를 끌었던 시트콤 ‘빅뱅 이론’에서 천재 물리학자 셸던 쿠퍼와 레너드 호프스태더가 끝내 해결하지 못했던 문제가 현실 세계에서 해결됐다.

미국 오하이오주 신시내티 대학교(UC)의 이론 물리학자 유레 주판(Jure Zupan) 교수가 그 주인공이다.

19일(현지시각) 과학 기술 전문매체 인터레스팅 엔지니어링에 따르면 주판 교수와 국제 공동 연구팀은 최근 ‘고에너지 물리학 저널(Journal of High Energy Physics)’을 통해 핵융합로 내에서 가상의 아원자 입자인 ‘액시온(Axion)’을 생성하고 탐지하는 이론적 메커니즘을 규명했다고 발표했다.


흥미로운 점은 이 연구의 모티브가 드라마 속에 숨겨져 있었다는 것이다.
‘빅뱅 이론’ 시즌 5의 에피소드들에서 주인공들의 연구실 화이트보드에는 핵융합로와 관련된 복잡한 계산식이 적혀 있었다. 이는 제작진이 물리학 팬들을 위해 마련한 일종의 ‘이스터 에그’였으나, 극 중 캐릭터들은 이를 실현하지 못한 채 드라마가 종영됐다.

인터레스팅 엔지니어링에 따르면 주판 교수는 보도자료를 통해 “우리 논문의 핵심 아이디어는 이미 오래전 ‘빅뱅 이론’에서 다뤄졌던 것”이라며 “드라마 속 셸던과 레너드는 완수하지 못했지만, 우리는 실제 물리 법칙을 통해 그 해답을 찾아냈다”고 밝혔다.


연구의 핵심은 우주의 약 85%를 차지하지만 정체가 밝혀지지 않은 ‘암흑 물질(Dark Matter)’의 유력한 후보인 액시온을 어떻게 인위적으로 만들어내느냐에 있다.

'암흑 물질'은 빛을 내지도, 반사하지도 않기 때문에 망원경에 전혀 잡히지 않고 우리 몸이나 지구를 그냥 통과해 지나가고 엄청난 질량을 가지고 있어 주변 별이나 은하를 끌어당기는 중력 효과를 통해 그 존재를 알 수 있는 것으로 알려져 있다.
연구팀은 프랑스 남부에서 건설 중인 국제열핵융합실험로(ITER)와 같은 특정 유형의 원자로에 주목했다. 리튬으로 코팅된 용기 안에서 중수소와 삼중수소를 연료로 사용하는 핵융합 과정에서 강력한 ‘중성자 흐름’이 발생하는데, 이 중성자가 벽면 물질과 상호작용하거나 충돌하며 속도가 느려질 때(제동 복사) 액시온이 생성될 수 있다는 사실을 밝혀냈다.


이번 연구는 핵융합로를 단순히 에너지 발전 수단으로만 보는 것이 아니라, 우주의 근본 원리를 탐구하는 거대한 실험실로 활용할 수 있음을 시사한다. 주판 교수는 “중성자 반응을 통해 새로운 입자가 언제, 어떻게 발생하는지 재구성함으로써 암흑 물질의 실체에 한 발짝 더 다가갈 수 있게 됐다”고 설명했다.

학계에서는 이번 발견이 미래의 에너지 시스템 설계는 물론, 차세대 입자 물리학 연구의 패러다임을 바꿀 중요한 이정표가 될 것으로 보고 있다.

2019년 종영된 시트콤 속 가공의 난제가 2025년 현재, 인류가 우주의 비밀을 푸는 결정적 단서로 부활한 셈이다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com