첨단기기의 기준은 어디에 있을까. 기능의 차이를 부각시키기 쉽지 않은 오늘날, 이 같은 질문에 대한 답은 비교적 간단하다. 누가 더 얇게, 누가 더 작게 만들어 내느냐이다. ‘가장 얇은’ ‘가장 작은’이라는 수식어는 곧 휴대전화, TV, 노트북 컴퓨터의 경쟁력이다. 그러나 이 같은 소형화, 슬림화와는 전혀 거리가 먼 분야가 있다. 바로 거대과학이다. 독특하고 기발한 글로 인기가 높은 크랙드닷컴은 5일(현지시간) ‘과학이 만들어 낸 다섯 가지 거대한 구조물’을 선정, 발표했다. 다섯 가지 구조물의 면면을 살펴보면 마치 공상과학(SF) 영화 속 우주전함이나 거대 요새를 연상케 한다.

1. 힉스를 찾아라-LHC

유럽입자물리연구소(CERN)의 거대강입자가속기(LHC)가 유명해진 것은 ‘지구 멸망 실험’이라는 풍문 때문이었다. “약 138억년 전 빅뱅 직후의 모습을 재현한다.”는 LHC의 실험목표가 오해를 거듭한 결과였고, 세계 각국에서 반대시위까지 벌어졌다. 공식적으로 LHC는 인류가 만들어 낸 가장 큰 기계다. 스위스와 프랑스 국경 사이 지하 100m 속에 지어진 LHC의 둘레는 27㎞에 이른다. 1994년 시작된 LHC 건설에 투입된 돈만 해도 50억 달러가 넘고, 기계를 돌리고 연구하기 위해 80개국, 1만여명의 과학자들이 일하고 있다. LHC에서 이뤄지는 실험 자체는 비교적 간단하다. 두 개의 입자 빔을 양쪽으로 쏘아 빛의 99.999%의 속도까지 가속시킨 후 양성자가 서로 충돌하게 하는 것이다. 이를 통해 우주 탄생 직후부터 약 3분 뒤까지 어떤 일이 벌어졌는지를 알아낼 수 있다는 것이 과학자들의 구상이다. 특히 가장 관심을 모으는 것은 ‘신의 입자’로 불리는 ‘힉스 입자’의 검출 여부다. 우주탄생 직후 모든 물질의 질량과 성질을 규명하고 사라진 것으로 추정되는 힉스 입자를 찾는다면 인류는 우주의 비밀에 성큼 다가설 수 있다. 그러나 LHC가 가동된 지 3년이 넘게 지난 지금까지 힉스 입자는 모습을 드러내지 않고 있다.

2. 우주 보는 눈-제임스 웹 망원경

1990년 미항공우주국(NASA)이 허블우주망원경을 지구 위에 올려놓자 사람들은 ‘좀 더 깨끗한 우주사진’만을 기대했다. 하지만 그 후 21년 동안 허블망원경은 우주에 대한 고정관념을 바꿔 놓았다. ‘우주를 보는 인류의 눈’이라는 별명에 걸맞은 활약이었다. 그러나 허블망원경은 2014년이면 수명을 다한다. 우주에서 우주를 보는 것이 얼마나 효율적인지를 알게 된 과학자들은 2020년 쏘아올릴 허블의 후계자를 만들기 시작했다. 차세대 우주망원경 ‘제임스 웹’은 허블보다 훨씬 크고 강력하다. 허블이 길이 13m, 직경 14m로 버스 1대 크기인 데 비해 제임스 웹은 길이 22m, 직경 12m로 테니스 코트 크기다. 허블의 관측 능력이 인간의 100억배 수준이라면, 제임스 웹은 반사경의 면적이 10배 이상 커지며 허블의 3.4배 시력을 갖게 됐다. 무엇보다 제임스 웹은 지구에서 무려 150만㎞ 떨어진 궤도에 올려져 우주를 관측하게 된다.

3. 거대과학의 비극 ‘LIGO’

과학자들은 빅뱅 직후 우주가 팽창하기 시작해 지금도 점점 더 빠른 속도로 넓어지고 있다고 본다. 그렇다면 그 증거는 어떻게 찾을 수 있을까. 질량을 가진 물질들이 서로 멀어지면서 이동하고 있다면 마치 호수에 돌을 던진 것처럼 우주 안에 그 파동이 떠돌고 있지는 않을까. 1916년 알베르트 아인슈타인이 이 같은 가설을 발표한 이후 과학자들은 이 파동에 ‘중력파’라는 이름을 붙이고 실체를 찾기 시작했다. 100년 가까이 실패가 거듭된 후 2002년 미국 워싱턴주에 지어진 중력파 검출 장치 LIGO는 한쪽 관이 4㎞에 이르는 직각 구조물이다. 중앙에서 각 관의 끝에 설치된 거울을 향해 레이저를 반사한 후 다시 한 점에 모이도록 하면 간섭을 일으킨다. 이 간섭의 변화를 측정하면 중력파의 영향을 측정할 수 있다는 것이 당초 과학자들의 구상이었다. 하지만 2008년 LIGO는 공식적으로 중력파 검출에 실패했다고 선언했다. 미약한 중력파를 잡아내기에는 정밀도가 충분치 않았기 때문이다.

4. 남극 아이스큐브 뉴트리노 망원경

4위에는 남극의 ‘아이스큐브 뉴트리노(중성미자) 망원경’, 5위에는 미 캘리포니아 리버모어 국립연구소의 미 국가점화설비(NIF)가 꼽혔다. 남극점에 설치된 아이스큐브 망원경은 얼음에 80여개의 구멍을 2.4㎞ 깊이까지 뚫은 후 검출기를 내려보내는 설비다. 깊은 얼음 속에 묻힌 아이스큐브는 중성미자가 얼음 분자와 부딪치면서 내는 푸른 섬광을 찾는 방식으로 중성미자를 탐색한다. 우리 주위에 수없이 많이 존재하지만 다른 물질과 상호작용을 하지 않는 뉴트리노를 검출하기 위해서는 밀도가 높은 남극의 얼음이 적합하다는 판단에서 비롯된 장치다.

5. 미국 국가점화설비(NIF)

축구장 크기인 NIF는 192개의 독립적인 레이저빔을 갖추고 있다. 이 레이저빔들은 1000분의1초 안에 300m 거리에 있는 손가락만 한 목표물에 동시에 투사돼, 태양 중심부에서 일어나는 것과 같은 핵융합 반응을 일으킬 수 있다. 10억 달러가 넘는 예산이 투입된 NIF는 청정에너지 개발이라는 명분을 내세우고 있지만 실제로는 핵무기와 관련된 군사적 이유도 숨겨져 있다. NIF를 이용하면 지하 핵실험을 하지 않고도, 노후화된 핵무기의 변화와 안전성을 검증할 수 있기 때문이다.

박건형기자 kitsch@seoul.co.kr