초극저온 반양성자로 물질-반물질 신비를 푸는 연구: 정확한 반물질 측정

Seoul물리학자들은 오랫동안 우주에 반물질보다 물질이 훨씬 더 많은 이유를 궁금해 해왔습니다. 최근 CERN의 BASE 연구팀이 획기적인 진전을 이루었으며, 이 연구팀은 하인리히 하이네 대학교 뒤셀도르프의 슈테판 울머 박사가 이끌고 있습니다. 연구자들은 반양성자를 더 빠르게 냉각하는 방법을 찾아냈으며, 이를 통해 반양성자의 질량과 자기적 특성에 대한 매우 정밀한 측정이 가능해졌습니다.

이것이 의미하는 바는 다음과 같습니다:

• 새로운 방법은 반양성자를 200 mK로 식히는데 단 8분이 걸리며, 이전에는 15시간이 소요되었습니다.
• 이 빠른 냉각은 이중 페닝 트랩을 사용하여 이루어졌습니다.
• 이 기술을 통해 팀은 이제 약 한 달 만에 1,000번의 측정 주기를 완료할 수 있습니다.
• 이전 방법으로는 같은 횟수의 주기를 완료하는데 거의 10년이 걸렸을 것입니다.

대폭발 이후, 우주는 물질과 반물질이 동일한 양으로 존재해야 했습니다. 두 물질이 만나면 서로 소멸하여 에너지로 변합니다. 그러나 오늘날 우리가 관측하는 우주는 주로 물질로 이루어져 있다는 것은 입자 물리학의 주요 난제입니다. 이는 표준 모형으로 설명되지 않는 작은 차이점이나 새로운 물리학으로 설명될 수 있습니다.

울머 박사의 팀은 매우 차가운 반양성자에서 스핀-플립 전이를 측정하고 있습니다. 이러한 측정은 반양성자의 자기 모멘트를 결정하는 데 도움이 됩니다. 연구자들은 이 측정 결과를 양성자의 것과 비교하여 작은 차이를 발견하기를 희망하고 있습니다. 이러한 차이는 우주에 물질이 존재하는 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.

BASE의 새로운 트랩은 냉각 시간을 크게 줄여 자기 모멘트 측정의 정확도를 향상시킵니다. 이 트랩은 따뜻한 입자를 제거하고 가장 차가운 입자만 남깁니다. 이러한 빠른 냉각 과정은 보다 정밀한 측정을 가능하게 하며, 이는 바르바라 마리아 라타츠 박사의 설명에 따른 것입니다.

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CERN의 BASE 팀은 이전보다 더 빠르게 반양성자를 냉각할 수 있는 새로운 방법을 개발했습니다. 이 방법은 입자 스핀을 식별하는 정확도를 1,000배 이상 향상시킵니다. 그들은 다음 단계로 정확도를 100억 분의 1까지 높일 계획입니다.

이 팀은 미래에 대한 흥미로운 계획을 가지고 있습니다. 그들은 반양성자를 포획할 수 있는 모바일 장치를 만들고자 합니다. 이 장치는 CERN에서 새로운 HHU 연구소로 반양성자를 옮길 것입니다. 덕분에 측정 정확도가 열 배나 향상될 수 있습니다.

이 연구는 입자 포획 기술에 초점을 맞추고 있습니다. 페닝 트랩은 일정한 자기장과 정전기장을 이용하여 전하 입자를 잡아두고, 폴 트랩은 변화하는 전기장을 사용합니다. 이 두 가지 방식 모두로 노벨상을 수상한 바 있습니다.

BASE 협력 연구팀은 기본 입자의 측정 정확도를 향상시키기 위해 노력하고 있습니다. 이 연구는 우주에서 물질이 반물질보다 많은 이유의 수수께끼를 푸는 데 도움을 줄 수 있습니다. 그들의 연구 결과는 Physical Review Letters에 발표되었으며, 이는 입자 물리학 연구에서 중요한 발전을 나타냅니다.