IBS 포함 국제연구팀, 원자핵 비밀 엿볼 새 핵이론 개발

[이데일리 강민구 기자] 우리나라 연구자가 포함된 국제 공동 연구진이 다양한 원자핵의 성질을 정밀하게 계산하고, 예측할 수 있는 방법론을 개발했다. 앞으로 우리나라 거대연구시설을 이용해 희귀동위원소를 연구하는 데 활용할 수 있게 될 전망이다.

국제공동연구팀에 참여한 기초과학연구원 연구진의 단체사진.(왼쪽부터)송영호 연구위원, 김영만 연구위원, 김명국 박사후연구원.(사진=기초과학연구원)

기초과학연구원(IBS)은 중이온가속기연구소 희귀핵연구단 연구원을 포함해 세계 수십여명의 핵물리학자들이 참여하는 ‘핵 격자 유효이론’ 국제공동연구팀이 다양한 원자핵의 결합에너지, 질량, 전하반지름 등 성질을 정밀하게 계산할 수 있는 ‘파동함수 맞춤’ 방법론을 개발했다고 16일 밝혔다.

핵물리학계는 양성자, 중성자로 이뤄진 원자핵과 이들 핵자 간 핵력에 대해 연구를 해왔지만 다양한 핵의 성질을 설명하기 어려웠다.

특히 수십 개 이상 핵자들로 구성된 무거운 핵의 결합에너지, 질량, 전하반지름 등 성질을 모두 설명하는 이론은 없었다. 슈퍼컴퓨터를 활용한 계산의 어려움과 정밀한 핵력 이론의 부재라는 문제들이 있었기 때문이다.

기존에는 계산 의도와 대상에 따라 적합한 모델을 선택해 사용할 수 밖에 없었다. 핵력에 기반한 정밀한 계산도 가벼운 핵만을 대상으로 해야 했다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하고, 핵력이 다체계에서 몬테카를로 부호문제를 만들었다. 이를 통해 계산이 어려우면 짧은 거리에서 계산이 쉬운 파동함수를 주도록 핵력을 맞춰 바꾸는 ‘파동함수 맞춤’ 방법론을 개발해 문제를 해결했다.

홍승우 중이온가속기연구소장은 “새로운 파동함수 맞춤 방법론은 기존에 불가능했던 무거운 핵의 이론적 계산과 예측을 가능하게 하고, 핵의 결합에너지, 질량, 전하반지름, 핵물질 포화상태 등 다양한 성질들을 모두 잘 설명할 수 있는 핵력 모델을 제시한 것으로, 장차 중이온가속기 라온을 통한 희귀동위원소 연구에 유용하게 활용될 것”이라고 기대를 밝혔다.

연구 결과는 16일 0시 국제 학술지 ‘네이처(Nature)’ 온라인판에 실렸다.