70년이 넘도록 핵융합 연구자들은 상자 안에 별을 만들려 애써왔고, 70년이 넘도록 그 별은 협조를 거부해왔다. 이제 미국 에너지부 산하 프린스턴 플라스마 물리 연구소(PPPL)의 과학자들이 핵융합 점화를 달성하는 잠재적으로 훨씬 더 효율적인 방법을 찾았다고 한다. 그 방법이란, 플라스마를 가열하고 압축하는 순서를 그냥 바꾸는 것이다. 이는 마치 이케아 가구를 지금까지 줄곧 잘못된 순서로 조립해왔다는 사실을 뒤늦게 깨닫는 것과 같은 물리학적 사건이다.

오랫동안 내려온 수학적 규칙은 로슨 기준(Lawson criterion)이다. 이는 플라스마가 외부 가열 없이 핵융합을 유지할 만큼 충분히 뜨겁고 밀도 높게 오래 머무를 수 있는지를 판정한다. 점화에 필요한 조건을 알려준다. 하지만 거기에 도달하는 가장 효율적인 방법을 알려주지는 않는다. 목적지는 보여주지만 산맥은 알아서 파악하라고 우기는 지도 같은 셈이다.

PPPL의 물리학자 루이스 델가도-아파리시오, 오노 마사유키, 조너선 메나드는 이제 핵융합 성능에 영향을 미치는 네 가지 추가 요인을 포함한 더 포괄적인 버전의 기준을 개발했다. 그들의 연구 결과는 《피지컬 리뷰 레터스》에 게재됐다. 발표문에서는 그 네 가지 추가 요인이 구체적으로 명시되지 않았는데, 아마도 논문을 읽어야만 알 수 있는 종류의 세부 사항이기 때문일 것이다.

이 연구는 물질의 네 번째 상태인 플라스마에 초점을 맞춘다. 플라스마는 기체가 너무 에너지가 넘쳐 입자가 전하를 띠게 될 때 형성된다. 핵융합로에서 이 극도로 뜨거운 물질은 연구자들이 결합시키고자 하는 원자핵을 담고 있으며, 핵융합을 통해 에너지를 방출한다. 궁극적인 목표는 연소 플라스마, 즉 핵융합 반응이 지속적인 외부 가열 없이도 공정을 유지할 만큼 충분한 열을 생성하는 플라스마다. 이를 효율적으로 달성하는 것은 육각 렌치를 어디에 두었는지 기억하는 일과 함께 핵융합 에너지 연구에서 가장 중요한 과제 중 하나로 남아 있다.

델가도-아파리시오는 이번 발견을 산맥을 통과하는 더 효율적인 경로를 찾은 것에 비유한다. 핵융합 점화에 필요한 에너지 요구량을 우뚝 솟은 산이 지배하는 지형이라고 상상해보라. 목적지는 반대편에 있지만 가능한 경로는 여러 가지다. 많은 제안된 전략은 본질적으로 산을 정면으로 넘으려 한다. 즉, 플라스마 밀도를 먼저 높인 다음 점화에 도달하기 위해 막대한 열을 공급하는 것이다. 새로운 계산에 따르면 플라스마를 더 밀도 높게 만들기 전에 가열하는 것이 훨씬 더 효율적일 수 있으며, 가장 높은 에너지 요구량을 피하면서도 원하는 조건에 도달할 수 있다.

델가도-아파리시오는 "많은 기업이 산을 정면으로 오르며 거기에 도달하기 위해 막대한 에너지를 쓴다"라고 말했다. "봉우리를 돌아가라. 훨씬 더 현명한 방식으로 같은 장소에 도달하고, 훨씬 적은 에너지를 사용한다." GPS가 실시간으로 경로를 재계산하는 모습을 본 적이 있는 사람이라면 누구나 익숙하게 들릴 법한 발언이다.

연구자들은 이 수학적 지형에서 코디 안장(Cordey saddle)이라고 불리는 특히 중요한 영역을 확인했다. 지리학적으로 안장은 더 높은 고도 사이의 낮은 통로를 뜻한다. 핵융합 물리학에서는 여전히 외부 가열이 필요한 플라스마와 자체 핵융합 반응을 유지할 수 있는 플라스마를 나누는 경계를 따라 비교적 접근하기 쉬운 지점을 나타낸다. 산소 탱크가 필요 없는 산길에 해당하는 핵융합판이다.

과학자들은 서로 다른 경로를 평가하기 위해 Q라는 측정값을 사용했다. 이는 핵융합 반응이 생성하는 전력과 플라스마에 공급되는 외부 가열 전력을 비교한다. Q 값이 5라면 핵융합 반응이 외부 가열 시스템이 공급하는 것보다 5배 많은 전력을 생산한다는 뜻이다. 순수한 핵융합 연료만 포함된 이상적인 플라스마에서 코디 안장은 대략 Q = 5에서 나타난다. 그러나 실제 핵융합 시스템은 훨씬 더 복잡하다. 플라스마 내 오염 물질과 극도로 강한 자기장은 이 통로의 위치를 이동시켜 도달에 필요한 Q 값을 높일 수 있다. Un