2-11. 강입자가속기와 레일건

물질의 비밀을 풀기 위하여 과학자들은 입자가속기를 만들어내었고 양자, 중성자 입자들을 고속으로 충돌시켜 깨뜨리는 실험을 시작하게 된다. 2009년에는 유럽입자물리연구소(CERN)가 물경 80억 달러를 투입하여 스위스 제네바 인근 프랑스 접경지역에 원둘레 27 킬로미터에 달하는 사상초유의 거대 강(强)입자 가속기(Large Hadron Collider, LHC)를 설치하였다.

입자가속기는 물질의 가장 근본재료가 무엇인가 하는 과학자들의 탐구를 위한 것이다. 알다시피 물질의 기본단위는 0.2 나노미터 가량의 무지무지 작은 원자(原子, Atom)이다. 이 원자는 양성자와 중성자가 합쳐진 원자핵의 주위를 전자가 도는 구조로 되어 있다. 양성자는 6개의 쿼크가 미립자들과 함께 결합되어 이루어져 있는데 이 양성자를 엄청나게 빠른 속도, 즉 초속 30만 킬로미터(지구 일곱 바퀴 반) 빛의 속도로 가속시켜서 충돌시키면 양성자가 산산조각 쪼개질 것이고 그 때 거기서 무엇이 튀어나오는가를 관찰하자는 것이다. 이런 방법으로 우주탄생 때의 빅뱅(Big Bang) 상태를 인위적으로 만들어서 물질의 근원을 알아내고 우주탄생의 비밀을 알아내자는 것이다. 특히 물질의 질량의 근원이 되는 것으로 믿어지는 힉스(Higgs) 입자의 발견이 과학자들의 목표였고 최대관심사였다.

플레밍의 왼손법칙에 의하면 쇠막대기를 코일로 감아놓고 전기를 통하면 쇠막대기가 자석이 된다. 반대로 플레밍의 오른손 법칙에 의하면 자석을 코일 안에서 왕복운동 시키면 코일에서 전기가 발생한다. 자력(磁力)은 양극과 음극을 가지며 같은 극끼리는 반발하고 다른 극끼리는 끌어당긴다. 우리는 이를 이용하여 전동기(모터)를 만들고 발전기를 만든다.

레일건은 화약 대신 전기자기력(電氣磁氣力)으로 발사되는 대포를 말한다. 2000년대초 미국에서 개발된 레일건은 재래식 대포의 몇 배가 넘는 무시무시한 속도로 탄환을 발사하였다. 2006년 미국 해군이 실험한 레일건은 3.2 킬로그램의 탄환을 초속 3,500 미터, 음속의 10배가 넘는 속도로 발사하였는데 이 속도의 탄환은 탱크를 관통해버릴 수 있는 위력을 발휘했다. 또한 2008년에 실험한 레일건은 320 킬로미터 거리의 표적을 십 수 초 만에 5 미터 오차 이내로 명중시킬 수 있었다고 한다. 그야말로 적군은 탄환이 날아오는지도 모르는 채 궤멸당할 수 있다는 이야기다. 문제는 워낙 엄청난 전류와 발사에너지 때문에 몇 번 쏘면 레일이 망가져버리는 것이었다.

이 문제를 어느 정도 해결하여 2014년에는 이 레일건과 레이저포가 미군함정에 실전배치 된다는 발표가 나왔고, 그 후 미해군의 신형군함에 장착되었고, 지금은 중국, 러시아, 유럽국가들 등 여러 나라가 만들어 실전배치하였거나 개발하고 있다. 무시무시한 총포인 셈이다. 한국도 레일건(Rail Gun)을 연구, 개발중이라고 알려져 있다.