새장 속 반물질 입자 하나가 ‘혁명적’ 물리학의 문을 열다

이제 물리학자들은 전자와 동등한 반물질인 단일 양전자를 공중에 매달아 가능한 가장 낮은 에너지 상태로 냉각시켰습니다.

이 설정을 통해 연구자들은 전례 없는 정밀도로 양전자의 자기 특성을 연구할 수 있습니다. 물리학자들은 물리학의 가장 큰 미스터리 중 하나를 밝힐 수 있는 물질과 반물질 사이의 미묘한 차이를 발견하기를 희망합니다.

세상이 왜 압도적으로 물질로 이루어져 있는지 아는 사람은 아무도 없습니다. 오늘날 최고의 입자와 힘 이론인 표준 모델은 빅뱅 동안에도 그만큼의 반물질이 생성되어야 한다고 제안합니다.

그러나 질량은 같지만 전하와 같은 성질이 반대인 물질과 반물질이 접촉하면 에너지 폭발로 사라집니다. 만일 그들이 같은 양으로 생성되었다면 “모든 물질과 반물질은 소멸되고 우주는 하나도 남지 않았을 것”이라고 이번 연구를 이끈 일리노이주 에번스턴에 있는 노스웨스턴 대학의 물리학자 제럴드 가브리엘스(Gerald Gabrielse)는 말했습니다.

물질과 반물질 간의 측정 불일치를 찾는 것은 “물리학에서 혁명적일 것”이라고 Gabrielse는 말합니다. 표준 모델은 불완전한 것으로 알려져 있음에도 불구하고 실험 결과를 예측하는 데 엄청나게 정확하다는 것이 입증되었습니다. 예를 들어, 주로 중력을 통해 상호 작용하는 것으로 생각되는 물질인 암흑 물질의 명백한 존재를 설명할 수 없습니다.

실험은 다음에 자세히 설명되어 있습니다. 실제 검토 편지 10월 21일¹스위스 제네바 근처 CERN의 반물질 물리학자인 바바라 마리아 라타츠(Barbara Maria Latacz)는 “표준 모델을 넘어서는 물리학에 대한 강력한 탐사선”을 제공할 “놀라운 성과”라고 말했습니다. 독일 하인리히 하이네 대학교 뒤셀도르프(HHU)의 물리학자인 스테판 울머(Stefan Ulmer)는 “저는 그들의 최초의 정밀 측정을 보고 싶습니다.”라고 말했습니다.

차이점을 찾아보세요

1960년대부터 물리학자들은 물질과의 불일치를 찾기 위해 반물질을 더욱 세밀하게 연구해 왔습니다. 그들은 소수의 입자의 거동에서 물질에 대한 약간의 선호를 관찰했지만, 세계의 구성을 설명할 만큼 충분하지는 않았습니다.

지금까지 양성자와 반양성자를 매우 상세하게 비교한 결과 그러한 차이점은 발견되지 않았습니다. 이제 Gabrielse 그룹은 전자와 양전자에서 10,000배 더 정밀하게 측정할 수 있는 특성, 즉 입자가 자기장에서 축에서 흔들리는 방식을 결정하는 ‘자기 모멘트’를 비교하려고 합니다.

양전자 고정

실험을 수행하기 위해 팀은 먼저 양전자 포착이라는 중요한 과제에 직면했습니다. 그들은 방사성 붕괴에서 나오는 빠르게 움직이는 양전자로 시작하여 텅스텐 결정의 원자에서 산란시켜 속도를 늦췄습니다. 많은 사람들이 전멸했지만 팀은 생존자 중 가장 느린 사람을 잡아내어 함정에 먹였습니다.