대형 하드론 Collider는 수년간 양성자를 충돌시켜 왔습니다. 그러나 최근 양성자 충돌은 소위 “젭토버스”(원자보다 몇 배 더 작은 현실의 규모)를 탐구하기 위한 첫 번째 단계인 있을 법하지 않은 결과를 낳았습니다. 이는 지금까지 탐구된 물리적 세계 중 가장 작은 규모이며 물리학이 어떻게 작동하는지에 대한 우리의 기대를 무시할 수 있습니다.
거의 빛의 속도로 양성자를 충돌시키는 동안 CERN의 과학자들은 물질의 가장 있을 법하지 않은 붕괴 중 하나에 대한 증거를 발견했습니다. 이는 물리학자들이 40년 이상 관찰하기를 바랐던 현상이 아닐 가능성이 매우 높습니다. 충돌로 인해 중성 B 중간자로 알려진 일부 입자를 포함하여 수많은 입자가 생성되었으며, 과학자들은 이들 중 하나가 뮤온과 반뮤온으로 붕괴되었음을 나타내는 신호를 발견했습니다.
중간자는 항상 붕괴됩니다. 원자보다 작은 이 작은 입자는 다른 입자 사이의 충돌로 인해 발생하며 다른 입자로 변형되기 전에 잠깐 동안만 존재합니다. 반면에 뮤온은 원자에서 발견되는 전자와 유사하지만 약 200배 더 무겁습니다. 과학자들은 이러한 입자와 그 붕괴를 연구하여 현재 물리학의 예측을 테스트하고 알려지지 않은 입자에 대한 단서를 찾습니다.
일종의 입자 물리학의 성서인 표준 모델은 중성 B 중간자가 100억 번 붕괴할 때마다 이러한 변환이 한 번 일어날 것이라고 예측합니다. 즉, 과학자들이 100억 개의 입자가 붕괴하는 것을 관찰하더라도 평균적으로 단 하나의 뮤온과 반뮤온만 발견할 것으로 예상할 것입니다. 이번 발견은 실험을 통해 이 현상에 대한 증거를 얻은 최초의 사례이며, 이에 대한 자세한 내용은 연구자들이 arXiv의 사전 인쇄본에서 확인할 수 있습니다.
CERN의 보도 자료에서 국제 분석 팀을 공동으로 이끌었던 마르코 산티마리아(Marco Santimaria)는 “물리학자들은 40년 넘게 이러한 붕괴를 추적해 왔습니다”라고 말했습니다. “압도적인 배경에서 뮤온을 찾아내려면 극도의 정밀도가 필요합니다.”
이 과정의 특별한 희소성은 이 발견에 도달하는 데 수십 년의 연구가 필요한 이유를 설명합니다. 그러나 2024년에 대형 강입자 충돌기로 업그레이드되면서 이러한 현상을 관찰하는 것도 가능해졌습니다. 개편을 통해 더 빠른 데이터 수집이 가능해졌고, 새로운 기계 학습 기술을 통해 연구자들은 CERN이 성명서에서 설명한 대로 “이러한 희귀한 미용 입자 붕괴로 인한 신호를 휩쓸었을 프로세스의 방대한 배경을 억제”할 수 있었습니다.
이러한 붕괴는 과학자들이 관찰할 수 있었던 것의 한계를 조사하기 위한 새로운 길을 열어줍니다. 현재 결과는 현재 물리학 예측과 일치하지만 향후 측정에서는 거리가 젭토미터(1000분의 1미터에 해당)로 측정되는 척도를 설명하는 젭토버스 고유의 현상이 드러날 수 있습니다. 이 단위를 관점에서 보면 일반적인 원자의 직경은 약 1억 젭토미터입니다. 그것은 또한 당신과 당신의 피부 세포 중 하나 사이의 크기 차이에 관한 것입니다.
젭토버스 너머에는 플랑크 길이와 같은 더 작은 규모가 있는데, 이는 약 60입니다. 일조 젭토미터보다 몇 배 더 작고, 물리학에서 이론적으로 가능한 가장 작은 단위입니다. 과학자들은 여전히 그 수준에 실제로 존재하는 것이 있는지 알지 못하지만 일반적으로 우리가 알고 있는 물리학은 그 규모에서 완전히 무너진다고 믿어집니다. 그러나 과학자들이 이 미시 세계에 접근할 수 있다면, 전체 우주가 이 정도 크기였던 빅뱅 이후 최초의 극미량 1초를 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.
그러나 현재로서는 그곳에서 일어날 수 있는 일의 대부분이 추측의 영역에 남아 있습니다.
이 이야기는 원래 다음 페이지에 게재되었습니다. 스페인어로 WIRED 스페인어에서 번역되었습니다.
