이화학연구소, 나라여자대학, 돗토리대학 등으로 구성된 국제공동연구그룹은 ‘파이 중간자 원자’라는 기묘한 원자를 기존 수십배의 시간 효율로 대량 생성하는 데 성공했다.
원자 중에는 전자와 원자핵이 존재하고, 원자핵은 양자와 중성자로 구성된다.양성자와 중성자를 분할하면, 소입자인 쿼크가 된다.전자는 다른 입자에 비해 무시할 정도로 가볍기 때문에 원자의 질량은 쿼크 질량의 합이 되는 것처럼 보인다.
그런데 실제로는 그 100배나 무겁다고 한다.이를 2008년 노벨 물리학상을 수상한 남부 요이치로 박사는 쿼크에 '쿼크 응축'이 얽혀 있기 때문이라고 생각했다.
쿼크 응축이란, 쿼크와 반 쿼크가 쌍이 되어 진공 중에 응축하고 있는 상태를 말한다.우주 창성 직후의 고온·고밀도 상태에서는 존재하지 않았지만, 그 후 우주가 퍼져 식어가는 과정에서 발생했다고 한다.
쿼크 응축의 존재를 실증하는 열쇠가 되는 것이 원자핵 내부의 정밀 측정이다.원자핵 속은 물의 약 100조배의 고밀도로 우주창생 직후와 마찬가지로 쿼크 응축량이 감소하고 있을 것으로 기대된다.그래서 본 연구그룹은 원자핵에 전자가 아니라 그 300배의 질량을 가진 파이 중간자를 속박시킨 '파이 중간자 원자'의 정밀 측정에 임했다.파이 중간자는 원자핵 표면을 문지르는 주회 궤도를 취하기 때문에, 이것을 상세하게 조사함으로써, 원자핵 내부의 정보를 얻을 수 있다.
그리고 이번, 이화학연구소가 자랑하는 세계 최고 강도의 가속기를 이용해, 종래의 수십배의 시간 효율로 대량의 파이 중간자 원자의 데이터를 얻는데 성공.이에 따라, 다음 단계에서는 보다 많은 데이터로부터 원자핵 내의 쿼크 응축의 감소율을 고정밀도로 결정하는 것을 목표로 한다.
