중성자빔을 이용한 수법으로, 반도체 등에 사용되는 실리콘의 결정을 분석했다고 국제연구팀이 발표했습니다. 이번 실험을 통해 실리콘 결정의 특성과 '제5의 힘'에 관한 지식이 깊어졌다고 합니다.
Pendellösung interferometry probes the neutron charge radius, lattice dynamics, and fifth forces
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abc2794
Pendellösung interferometry probes the neutron charge radius, lattice dynamics, and fifth forces
Measurement of the neutron structure factors of silicon puts more stringent bounds on an exotic interaction.
www.science.org
Neutron Beam More Accurate Probe Than X-ray, Could Also be Used to Find Physics’ ‘Fifth’ Forces | NC State News
https://news.ncsu.edu/2021/09/neutron-beam-accurate-probe-fifth-forces/
Neutron Beam More Accurate Probe Than X-ray, Could Also be Used to Find Physics’ ‘Fifth’ Forces
A neutron beam technique gave researchers more accurate measurements of silicon's properties, and could be used to detect elusive fifth forces, such as dark energy.
news.ncsu.edu
Groundbreaking Technique Yields Important New Details on Silicon, Subatomic Particles and Possible ‘Fifth Force’ | NIST
https://www.nist.gov/news-events/news/2021/09/groundbreaking-technique-yields-important-new-details-silicon-subatomic
Groundbreaking Technique Yields Important New Details on Silicon, Subatomic Particles and Possible ‘Fifth Force’
Using a groundbreaking new technique at the National Institute of Standards and Technology (NIST), an international collaboration led by NIST researchers has
www.nist.gov
미국국립표준기술연구소(NIST)가 이끄는 국제연구팀은 중성자빔을 이용한 방법으로 실리콘 결정을 분석했습니다. 결정구조 분석에는 일반적으로 X선이 이용되고 있지만, 전하가 없는 중성자는 결정내의 전자와 강하게 상호작용을 하지 않아 결정의 측정에 더욱 적합하다고 합니다.
연구팀은 'Pendellösung interferometry'라는 방법으로 입자와 파동의 성질을 겸비한 중성자가 결정을 통과하면 결정내의 원자평면을 거친 정상파와 원자평면간의 정상파라는 두 가지의 정상파가 생깁니다. 이러한 정상파가 상호작용하면 펜델진동이라는 패턴이 생성되고, 이 패턴을 분석하여 결정에서 발생하는 힘에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.
NIST의 과학자인 마이클 후버 씨는 펜델진동을 이용한 분석에 대해 "2개의 기타를 준비하여 같은 소리를 낸 후, 하나는 매끄러운 도로를 주행하고 다른 하나는 굴곡있는 도로를 달리는 것"이라는 표현으로 설명합니다. 이 경우 소리가 발생한 시점에서는 같지만 다른 구조의 도로에 반사되기 때문에 소리의 차이를 생기므로 이를 분석함으로써 도로 위의 요철에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 연구팀은 기존의 방법을 개선했는데, 첫 번째 측정 후 실리콘 결정을 회전시켜 다른 각도에서도 측정함으로써 분석의 정확도가 약 4배 증가했다고 합니다.
연구팀은 시료 내부의 구조를 측정하는 방법의 하나인 X선 산란법으로 예측된 값을 펜델진동을 이용한 분석에서 테스트했습니다. X선 산란법은 원자의 열진동으로 인해 정밀도가 제한되지만, 이번 테스트에서 원자핵과 전자의 진동이 기존 예상만큼 엄격하지 않을 가능성이 시사되었기 때문에, 일부 X선 산란법 모델은 열진동으로 인한 영향을 과소평가하고 있다는 것.
또 이번 분석을 통해 기본상호작용을 넘은 '제5의 힘'이 작용될 수 있는 범위가 지금까지의 예상보다 좁은 0.02나노미터 ~ 10나노미터로 제한되었습니다. 제5의 힘은 자연계에 있는 4가지의 기본상호작용 이외의 상호작용이며, 1970년대부터 존재 가능성이 지적되었지만 지금까지 확증을 얻을 수 없었습니다. 제5의 힘이 미치는 범위가 더 제한되면서 향후의 연구에서 발견하기 쉬워졌다고 생각할 수도 있습니다.
노스캐롤라이나주립대학의 물리학 교수이며 논문의 공동저자인 앨버트 영 씨는 "이번 작업에서 놀라운 점은 그 정확성뿐만 아니라 탁상에서 실험을 이루어졌다는 것"이라며 "이번과 같은 소규모의 정밀측정은 기본적인 물리학에 관한 가장 어려운 몇 가지 질문을 전진시킬 수 있다"고 평가했습니다.
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