어떤 물질과 질량이나 스핀이 같음에도 불구하고 전기적 성질이 쌍을 이루고 있는 반물질에 대해 과학자 중에는 중력과 반대방향으로 움직이는 반중력이 작용할 것이라고 생각하는 사람도 있었습니다. 그런데 유럽원자핵연구기구(CERN)의 연구팀이 실제로 반물질을 이용한 실험을 실시한 결과 반물질도 중력에 의해 떨어지는 것이 처음으로 직접 관측되어 반물질에 반중력은 작용하지 않을 가능성이 커졌습니다.
Antimatter embraces Earth, falling downward l | EurekAlert!
https://www.eurekalert.org/news-releases/1002671
Antimatter embraces Earth, falling downward like normal matter
The ALPHA experiment at CERN was designed to produce something rare on Earth — antihydrogen — and study how its properties compare to those of normal hydrogen. An offshoot experiment, ALPHA-g, has now tested another property of antimatter: its response
www.eurekalert.org
Major CERN experiment proves antigravity doesn't exist — at least when it comes to antimatter | Live Science
https://www.livescience.com/physics-mathematics/gravity/major-cern-experiment-proves-antigravity-doesnt-exist-at-least-when-it-comes-to-antimatter
Mind-Blowing Experiment Reveals Antimatter Falls in Gravity : ScienceAlert
https://www.sciencealert.com/mind-blowing-experiment-reveals-antimatter-falls-in-gravity-just-like-matter
For The First Time, Physicists Measure Antimatter Falling in Gravity
As far as gravity is concerned, both matter and its charge-flipped 'mirror' twin, antimatter, deserve a big, warm hug.
www.sciencealert.com
반물질이란 통상의 물질과 전기적으로 쌍을 이루는 성질을 가진 물질입니다. 통상의 물질을 구성하는 전자는 음의 전하를, 양성자는 양의 전하를 가지고 있는 반면 반물질을 구성하는 양전자는 양의 전하를, 반양자는 음의 전하를 가지고 있습니다.
1928년은 물리학자 폴 디랙이 반입자(양전자·반양자)의 존재를 예언했고 1932년에는 양전자가, 1955년에는 반양자가 발견되었습니다. 그리고 1995년 CERN 등의 연구팀이 양전자와 반양자를 조합하여 반물질의 일종인 반수소를 생성하는데 성공했으며 2002년에는 반수소 양산에도 성공했습니다.
반물질은 물질과 부딪히면 대소멸을 일으키며, 각각의 질량이 손실되는 대신 에너지가 방출됩니다. 그런데 우주의 시작인 빅뱅에서는 물질과 반물질이 같은 만큼 생성되었다고 생각되고 있으며, 그럼에도 불구하고 현대 우주는 반물질만이 일방적으로 소멸하고 물질이 우주의 대부분을 구성하는 비대칭성을 나타내고 있습니다.
이런 모순을 해결할 수 있는 이론으로서 일부 과학자들은 반물질에는 반중력이 작용하고 이로 인해 초기 우주에서 물질과 반물질이 분단되어 현재 우주의 비대칭성이 탄생했다는 가설을 제창했습니다. 많은 과학자는 이 가설에 회의적이었지만 지금까지 반물질에 대한 중력의 작용을 직접 관측하는 실험은 행해지지 않았기 때문에 확신을 가지기 어려웠다고 합니다.
그래서 CERN과 캘리포니아대학 등 국제연구팀은 반물질인 반수소를 원통형의 자기챔버에 가두어 중력의 영향을 받는지 여부를 조사하는 실험을 실시했습니다.
ALPHAg animation - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=zpQQ43nrCp4
반수소는 반양자가 양전자를 포착하여 생성되는 반물질입니다.
'Antihydrogen Laser Physics Apparatus(반수소 레이저 물리실험장치: ALPHA)' 콜라보레이션 국제연구팀은 생성한 약 100개의 반수소를 길이 약 25cm의 자기챔버에 가두었습니다. 자기챔버에 갇힌 반수소의 온도는 절대영도에 가까운 0.5켈빈으로, 이 상태에서도 반수소는 초당 약 100m의 속도로 이동해 챔버의 가장자리에 있는 자기장에서 초당 수백 번이나 튕겨 나온다는 것.
실험에서는 이 자기챔버의 자기장을 서서히 약하게 함으로써 반수소를 조금씩 챔버 밖으로 빠져나와 병의 위와 아래의 어느 쪽에 보다 많이 반수소가 날아갔는지를 검출했습니다. 병이 수직인 경우 안의 반수소가 통상의 물질과 같이 중력의 영향을 받고 있다면 상방향보다 많은 반수소가 하방향으로 도망치는 원리입니다. 논문의 공동저자인 캘리포니아대학 버클리교의 물리학자인 조엘 파얀스 교수는 이 실험은 거의 같은 무게의 물체를 저울에 걸치는 것과 같으며 반물질에 작용하는 약간의 중력을 관측할 수 있도록 하는 것이라고 설명합니다.
실험을 반복한 결과, 반수소의 약 80%가 하향으로 도망치는 것이 관측되었습니다. 이것은 반수소에 중력이 작용하고 반중력이 작동하지 않음을 보여주었습니다.
이번 실험결과는 어디까지나 반물질에는 중력이 작용한다는 주류의 가설을 확인한 것입니다. 논문의 공동저자로 캘리포니아대학 버클리교의 플라즈마 물리학자인 조나단 우르텔 교수는 "물리학부의 복도에서 물리학자에게 물으면 모두가 이 결과는 조금도 놀라지 않다고 대답할 것이나 확신이 없었기 때문에 실험이 이루어져야 한다고 말할 것"이라고 평가했습니다.
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