최신 실험, 암흑 에너지 탐색에서 필수적인 고정밀 도구 소개

SeoulUC 버클리의 물리학자들은 암흑 에너지를 찾기 위한 가장 정밀한 실험을 수행했습니다. 이 힘은 우주의 팽창을 가속화합니다. 과학자들은 이러한 현상을 유발할 수 있는 새로운 입자를 찾고 있으며, 이 입자들은 카멜레온이나 심메트론이라 불릴 수 있다고 생각합니다.

이번 실험은 여러 측면에서 중요한 의미를 가진다. 첫째, 광격자를 사용하여 정밀한 중력 측정을 위한 원자 간섭계를 결합하였다. 둘째, 간섭계는 자유 낙하하는 원자를 밀리초가 아닌 몇 초 동안 유지할 수 있다. 마지막으로, 이전 방법에 비해 정밀도가 다섯 배 향상되었다.

중력의 정밀 측정이 이 연구의 유일한 목표는 아닙니다. 격자형 원자 간섭계는 또한 다음과 같은 용도로 사용될 수 있습니다:

• 자이로스코프 제작
• 가속도계 개발
• 양자 센싱

주저자인 크리스티안 판다 연구원은 이 방법이 바다에서도 활용될 수 있다고 말합니다. 이 방법은 원자가 고정되어 있기 때문에 해저를 지도화할 수 있습니다.

과학자들은 1998년에 암흑 에너지를 찾기 시작했습니다. 두 연구팀은 초신성을 연구하여 그것들이 얼마나 멀리 있는지를 측정했습니다. 그들은 우주가 예상보다 빠르게 팽창하고 있다는 사실을 발견했습니다. 이 발견은 2011년 노벨 물리학상을 수상하게 했습니다.

다크 에너지는 여전히 수수께끼로 남아 있으며 여러 이론이 존재합니다:

• 우주의 진공 에너지
• 퀸테센스라고 불리는 에너지 장
• 카멜레온 입자가 매개하는 다섯 번째 힘

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2015년 뮐러는 원자 간섭계를 이용해 카멜레온을 탐지하려는 실험을 수행했습니다. 이 실험에서는 진공 챔버 내에서 세슘 원자를 사용했습니다. 그 결과, 중력은 변화 없이 정상적인 것으로 나타났습니다.

새로운 실험의 목표는 원자를 더 오랫동안 안정적으로 유지하는 것입니다. COVID-19 팬데믹 기간 동안, 판다는 보유 시간을 70초로 늘렸습니다. 그는 레이저 빔의 흔들림 문제를 해결하고 온도를 조정했습니다. 이러한 변화는 2024년 6월에 발표된 네이처 피직스에 보고되었습니다.

최근 실험에서 그들은 유지 시간을 줄여 원자 파동 묶음의 간격을 증가시켰습니다. 광학 격자를 사용하여 약 10,000개의 세슘 원자를 각각 10개씩 그룹으로 나누었습니다. 그런 다음 이 원자 파동 묶음을 양자 중첩 상태로 쪼갰습니다. 파동 묶음을 다시 결합했을 때, 그들은 중력에 대한 정보를 얻었습니다.

팬더는 애리조나 대학교에서 새로운 장치를 만들 계획입니다. 뮐러 팀은 더 나은 제어 기능을 갖춘 새로운 간섭계를 만들고 있으며, 이로 인해 감도가 100배 향상될 수 있습니다. 그들은 중력의 양자적 특성을 밝히는 것을 목표로 하고 있습니다.

이 실험은 매우 중요할 수 있습니다. 성공한다면, 이는 마치 1972년에 UC 버클리에서 진행된 광자 얽힘에 대한 연구와 비슷할 것입니다. 스튜어트 프리드먼과 존 클로저는 그 연구로 2022년에 노벨상을 받았습니다.

이 프로젝트는 미국 국립 과학 재단, 해군 연구소, 제트 추진 연구소를 포함한 여러 기관의 지원을 받았습니다. 공동 저자들은 전 세계 다양한 학교에서 참여하여 이 중요한 연구에 있어 팀워크를 강조하고 있습니다.