CERN의 물리학자들은 반물질이 위로 떨어지는 것이 아니라 아래로 떨어지는 것을 발견했습니다. 물론 이것은 당연한 것처럼 들리지만 오늘날까지 과학자들은 반물질이 일반 물질과 같은 방식으로 중력에 반응한다는 것을 확인하지 못했습니다. 새로운 실험은 지금까지 최고의 답을 제공합니다.
반물질은 우리 주변의 모든 것을 구성하는 물질과 매우 유사하지만 한 가지 중요한 차이점이 있습니다. 입자는 반대 전하를 띠고 있다는 것입니다. 그리고 이 단순한 구분은 몇 가지 중요한 의미를 내포합니다. 입자와 반입자가 만날 때마다 서로를 소멸(소멸)합니다.
운 좋게도 우리 물질 기반 존재에게 반물질은 우주에서 극히 드물지만 그 이유는 아무도 모릅니다.
빅뱅은 같은 양의 물질과 반물질을 생성했을 것이며, 수십억 년 전에 우주의 모든 내용물을 파괴했을 것입니다. 오늘날 우리가 존재한다는 사실은 어떤 알려지지 않은 요인이 평범한 물질에 유리한 불균형을 만들어 냈음을 보여줍니다.
따라서 물리학자들은 반물질과 일반 물질 사이에 전하 외에 불균형을 설명할 수 있는 다른 차이점이 있는지 면밀히 연구하고 있습니다. 표준 모델은 다른 차이점이 없어야 하므로 과학자들이 무언가를 발견하면 완전히 새로운 물리학 세계를 열 수 있다고 말합니다.
이것은 과학자들이 반물질을 조사하기 위해 말 그대로 기본으로 돌아가야 한다는 것을 의미합니다. 예를 들어, 각 요소는 서로 다른 파장의 빛을 흡수하고 방출하여 방출 스펙트럼이라는 고유한 특징을 만듭니다. 반물질은 물질과 동일한 스펙트럼을 가져야 하지만 CERN 과학자들이 마침내 이것을 테스트한 것은 2016년이 되어서였습니다. 실제로, 반수소는 수소와 동일한 스펙트럼을 갖는 것으로 밝혀졌습니다.
반물질이 중력에 어떻게 반응하는가는 연구하는 데 몇 년이 걸린 또 다른 겉보기에는 단순한 질문입니다.
우리가 이미 이것을 알고 있어야 하는 것처럼 들릴지 모르지만, 대부분의 경우 반물질은 물질과 함께 소멸되는 것을 방지하기 위해 전자기 트랩에 매달려 있습니다. 반물질은 일반 물질과 같은 방식으로 중력에 반응할 것으로 예상되지만, 그렇지 않을 가능성이 적으며 대신 위로 떨어질 수 있습니다.
이 아이디어를 테스트하기 위해 물리학 팀은 Penning 트랩이라고 하는 전자기 장치에 반양성자와 음전하를 띤 수소 이온을 배치했습니다. 내부에 들어가면 입자는 주기적인 경로를 따르고 주파수를 측정하여 과학자들은 전하 대 질량 비율을 계산할 수 있습니다. 이 비율은 물질 입자와 반물질 입자 모두에 대해 동일해야 하지만 차이는 중력과의 상호 작용의 차이로 설명됩니다.
실제로 과학자들은 물질과 반물질이 중력에 같은 방식으로 반응한다는 것을 발견했습니다. 적어도 입자가 경험하는 중력 가속도의 97% 이내인 실험적 불확실성 내에서. 연구원들에 따르면 이것은 이전 실험보다 4배 더 정확합니다.
그러나 이것은 여전히 새로운 물리학의 여지를 남깁니다. 다른 실험에서는 훨씬 더 간단한 접근 방식을 사용하여 반물질과 중력의 상호 작용을 테스트합니다. 즉, 높은 곳에서 반물질 입자를 떨어뜨리고 반물질 입자에 어떤 일이 일어나는지 관찰합니다. 이러한 실험이 현재 실험과 다른 결과를 보인다면 표준 모델 너머의 물리학을 암시할 수 있습니다.
이번 연구는 네이처 저널에 게재됐다.
2022-02-06 19:09:37
작가: Vitalii Babkin