우주성립의 수수께끼를 규명할 후보로서 연구가 진행 중인 '반물질'은 이동속도가 너무 빨라 포획하여 정확하게 관측하기 어렵다고 여겨져 왔습니다. 그러나 유럽입자물리연구소(CERN)의 연구그룹은 레이저 냉각을 이용하여 반수소 원자를 10배 이상 느리게 하여 포획하는 데 성공했다고 발표했습니다. 이 장치에 의해 물질 · 반물질의 차이가 더 정확하게 알 수 있게 될 것으로 기대하고 있습니다.
Laser cooling of antihydrogen atoms | Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03289-6
ALPHA cools antimatter using laser light for the first time | CERN
https://home.cern/news/press-release/experiments/alpha-cools-antimatter-using-laser-light-first-time
ALPHA cools antimatter using laser light for the first time
Geneva, 31 March 2021. The ALPHA collaboration at CERN has succeeded in cooling down antihydrogen atoms – the simplest form of atomic antimatter – using laser light. The technique, known as laser cooling, was first demonstrated 40 years ago on normal m
home.cern
Antimatter atoms can be precisely manipulated and cooled with lasers | New Scientist
https://www.newscientist.com/article/2273353-antimatter-atoms-can-be-precisely-manipulated-and-cooled-with-lasers/
Antimatter atoms can be precisely manipulated and cooled with lasers
Antimatter atoms are notoriously tough to control, but they have now been cooled using lasers for the first time, enabling us to search for how they differ from regular matter
www.newscientist.com
Physicists give antimatter the chills | Ars Technica
https://arstechnica.com/science/2021/04/physicists-give-antimatter-the-chills/
Physicists give antimatter the chills
If anything's odd about antimatter, we need to slow it down enough to see it.
arstechnica.com
물리학의 법칙에 따르면, 이 세계는 입자와 짝을 이루는 반입자가 존재하는 것으로 추정되고 있습니다. 반입자는 소립자와 '질량'과 '스핀'이 동일하나 전하 등의 양음의 특성이 반대인 입자입니다. 반입자는 존재하지만 생성된 순간에 입자와 결부하여 소멸되기 때문에 확인이 어렵다고 여겨지고 있습니다.
우주와 세계는 입자에 의해 구성된 '물질'로 되어 있기 때문에 반입자에 의해 구성된 물질은 '반물질'이라고 부릅니다. 물질과 반물질의 차이를 알게 되면 우주의 성립과정을 규명할 것으로 기대되어 오랫동안 주목받고 있는 분야 중 하나입니다. CERN 연구팀은 이 같은 관점에서 반물질을 붙잡기를 위한 특수장비를 개발해왔습니다.
그리고 2021년 3월 31일자로 Nature에 발표된 논문에 따르면, 반물질 원자를 절대영도까지 식혀서 반물질을 포획하여 관측할 수 있는 장치가 개발되었다고 합니다.
반물질은 지구상에서 방사성 붕괴와 같은 현상으로 발생합니다. 단지 반물질은 큰 에너지를 가지고 매우 빠른 속도로 움직이기 때문에 포획하는 것이 매우 어렵다는 문제를 안고 있습니다. 기술적으로는 반물질을 포획하여 대강의 측정이 가능하지만, 움직임이 빠르다는 특성 때문에 미세한 부분과 자세한 관찰에서 오류가 따른다는 것.
그래서 '반물질을 감속시키는 장치'의 개발이 이루어지게 되었습니다. 40년 전에 이미 광자를 사용하여 원자의 운동을 감속시키는 레이저 냉각장치가 이미 개발되어 있었는데, 이번 장비에도 이 기술이 적용되었다고 합니다.
CERN의 연구그룹인 ALPHA는 반수소 원자를 사용하여 실험을 실시했습니다. 반수소 원자는 보통 매초 90미터 움직이지만 적절한 파장의 레이저를 조사하자 원자가 냉각되어 약간의 감속을 보였다는 것. 이 조사를 반복함으로써 궁극적으로 반원자를 10배 이상 느리게 하는 데 성공했다고 연구팀은 설명합니다.
연구에 참여한 캐나다 TRIUMF연구소의 후지와라 마코토 씨는 "이것은 원자를 향해 볼을 쏘고 있는 것과 같습니다. 볼이 아주 작기 때문에 충돌에 의한 감속도 작지만, 몇 번이나 반복하면 최종적으로 큰 감속이 발생합니다"라고 설명합니다.
논문에 따르면, 냉각되어 느려진 반수소로 지금까지보다 훨씬 더 정확한 측정이 가능하게 되었다고 합니다. 이 장치의 개발이 이정표가 되어 향후 물질과 반물질의 섬세한 차이가 드러날 수 있다고 연구팀은 전망합니다.
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