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과학과 놀자

우주 탄생 비밀 기대했지만 생성 즉시 사라져

국제연구팀이 희귀 동위원소 ‘산소-28’을 처음으로 관측했다. 동시에 기존 통설을 뒤집는 동위원소의 성질을 밝혀냈다. 물리학자들은 산소-28을 안정성이 높은 동위원소로 예측해왔는데, 실험 결과 산소-28은 생성 즉시 붕괴되며 불안정한 모습을 보였다. 이번 연구 결과로 기존 물리학 이론에 수정이 필요할지도 모른다. 원소의 원자핵은 양성자와 중성자로 이뤄져 있다. 양성자 수는 원소 번호와 화학적 성질을 결정한다. 중성자 수는 원소마다 다를 수 있으며, 중성자 수가 많을수록 질량이 크다. 이때 원소 번호가 같지만, 중성자 수가 다른 쌍둥이 원소를 두고 ‘동위원소’라 한다. 이제껏 밝혀진 원소는 118개, 동위원소는 3000여 개다. 가령 모든 산소는 양성자 수가 8개지만, 중성자 수는 4~18개로 다양하다. 이 중 자연 상태에 존재하는 안정 동위원소는 중성자 수가 각각 8, 9, 10개인 산소-16, 산소-17, 산소-18 등 세 가지다. 안정 동위원소는 방사성 붕괴를 하지 않는 안정한 동위원소라는 의미다. 이런 동위원소 중에는 희귀 동위원소라 불리는 것들이 있다. 이름 그대로 희귀하거나 수명이 짧아 아직 발견되지 않은 동위원소다. 우주의 탄생 과정에서 매우 짧은 순간에 나타났다 사라져 지구상에 극소량 남아 있거나 존재하지 않는 경우가 대부분이라 주로 인공적으로 만들어낸다. 희귀 동위원소의 발견은 우주의 생성과 진화 과정의 실마리를 찾을 데 도움 될 것으로 기대된다. 하지만 대부분 안정성이 낮아 빠르게 붕괴해버리기 때문에 관측이 매우 어렵다. 그러던 지난 8월 30일, 희귀 동위원소 ‘산소-28’을 처음 발견했다는 연구 결과가 국제학술지 에 실렸다. 곤도 요스케 일본 도쿄공대 물리학과 연