실험실에서 극한의 천체 환경과 유사한 고밀도 쌍플라즈마 생성 성공

Seoul과학자들이 실험실에서 높은 밀도의 전자 및 양전자를 생성하는 데 성공했으며, 이는 심우주에서 발견되는 것과 유사합니다. 이는 고에너지 과학에서 중요한 진전입니다.

로체스터 대학교 레이저 에너지학 연구소를 포함한 전 세계 연구자들이 네이처 커뮤니케이션즈에 연구 결과를 발표했습니다. 이들은 이전보다 100배에서 1,000배 더 많은 쌍을 생성하는 돌파구를 마련했습니다.

다음은 주요 사항들을 요약한 리스트입니다.

참여한 기관으로는 로체스터 대학교, CERN, 옥스포드 대학교가 있습니다. CERN의 슈퍼 프로톤 싱크로트론(SPS) 가속기의 HiRadMat 시설을 사용했습니다. 준중성 전자-양전자 쌍 빔을 생성했습니다. 각 프로톤은 정지 에너지보다 440배 더 큰 운동 에너지를 가지고 있었습니다.

블랙홀과 중성자별은 우주에서 가장 밀도가 높은 천체입니다. 이러한 천체 주변에는 플라즈마라는 물질이 존재하는데, 특히 전자-양전자 쌍 플라즈마가 있습니다. 이 플라즈마는 전자와 양전자가 마치 빛의 속도로 움직이는 형태입니다. 지금까지 실험실에서 이러한 플라즈마를 생성하는 것은 어려운 일이었습니다.

옥스퍼드 대학교의 물리학자인 찰스 애로스미스는 가을에 LLE에 합류할 예정이다. 그는 대량의 전자-양전자 쌍을 생성하는 것이 매우 어려워, 이에 대한 우리의 지식이 이론적인 아이디어에 제한되었다고 설명한다. 성공적인 실험 덕분에 이제 실험실 천체물리학 연구에 대한 새로운 가능성이 열렸다.

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이 팀은 CERN의 SPS 가속기에서 1000억 개 이상의 양성자를 사용했습니다. 이러한 양성자는 충분한 에너지를 가지고 원자를 분해하여 쿼크와 글루온을 방출합니다. 이로 인해 전자와 양전자로 변하는 입자 샤워가 생성됩니다. 이렇게 많은 입자가 있을 때, 이 빔은 마치 우주에 존재하는 플라즈마처럼 행동하기 시작합니다.

LLE의 더스틴 프룰라와 다니엘 하버버거는 애로우스미스와 함께 실험을 설계했습니다. 그들은 영국의 과학기술시설위원회 러더포드 애플턴 연구소, 스트래스클라이드 대학교, 원자무기 설치소를 포함한 다양한 기관의 과학자들과 협력했습니다.

이 연구는 감마선 폭발이나 블레이저 제트에서 미세한 입자들이 어떻게 행동하는지를 이해하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 애로우스미스는 입자 빔의 분포를 변경하는 방법을 개발했다고 합니다. 이를 통해 그들은 플라즈마 상호작용을 통제된 환경에서 연구할 수 있게 되었습니다.

옥스퍼드 대학의 지안루카 그레고리 교수는 망원경으로는 먼 우주 물체의 아주 작은 세부 사항을 볼 수 없다고 말합니다. 실험실 실험을 통해 컴퓨터 모델 예측이 맞는지 확인할 예정입니다. 그레고리는 또한 전 세계 다양한 연구소의 과학자들이 협력해야 할 필요성을 강조합니다.

다른 협력 기관으로는 로렌스 리버모어 국립연구소, 막스 플랑크 핵물리학 연구소, 아이슬란드 대학교, 포르투갈의 이스티투토 수페리오르 테크니코가 있습니다. 이 팀은 매우 강력한 레이저를 충돌시켜 플라즈마 과학을 발전시키고자 하며, 이를 위해 NSF OPAL 시설에서 연구를 진행할 것입니다.