물질과 우주가 존재하는 이유는 무엇입니까?

구독함으로써 귀하는 언제든지 구독을 취소할 수 있는 이용 약관 및 정책에 동의하게 됩니다.

우리 우주의 시작은 폭력적이고 혼란스러운 사건이었습니다. 물질과 반물질 입자가 나타났다가 사라졌다가 빛의 폭발 속에 사라졌습니다. 쌍으로 생성된 전자, 중성자, 양성자 및 반물질 등가물(반대 전하를 가짐)이 접촉하면 서로 소멸되고 순수한 에너지만 남아 광자의 섬광으로 보입니다. 그리고 이 균형이 유지되었다면 우리에게는 아무것도 남지 않았을 것입니다. 우주도 없고 우리도 없을 겁니다.

그러나 분명히 그렇지는 않습니다. 어떻게든 물질이 우세해 남은 입자가 원자, 분자, 그리고 결국 우리가 존재하는 모든 물질을 형성하게 되었습니다. 그리고 놀랍게도 우리가 찾을 수 있는 반물질은 그리 많지 않습니다.

수학이 대칭을 요구하는 반대 방향을 가리키는 것처럼 보일 때에도 이러한 비대칭 문제를 설명하는 것은 무엇입니까? 콜로라도 볼더 대학 JILA/NIST의 노벨상 수상 물리학자 Eric A. Cornell이 이끄는 그룹의 새로운 논문은 이 질문에 대한 답을 향한 한 걸음을 내디뎠습니다.

Eric Allin Cornell 박사는 1995년에 최초로 보스-아인슈타인 응축물을 합성한 공로로 Carl E. Wieman 및 Wolfgang Ketterle와 함께 2001년 노벨 물리학상을 수상했습니다. 현재 JILA의 Cornell 실험 물리학자 그룹은 다음과 같은 기본 입자를 연구해 왔습니다. 비대칭을 찾아내는 전자.

사이언스(Science)에 발표된 새로운 연구에서 이 그룹은 기록적인 전자 측정을 공유하여 비대칭의 원인을 알아내는 데 더 가까워졌습니다.

연구팀은 소위 eEDM(전자의 전기 쌍극자 모멘트)에 주목했습니다. eEDM은 전자가 운반하는 음전하가 북극과 남극 사이에 얼마나 균등하게 분포되어 있는지 알려줍니다. eEDM 측정값이 0을 초과하여 불균일성이 있는 경우 이는 전자가 완전한 원형이 아니고 달걀 모양에 가깝다는 것을 의미합니다. 이는 결국 물질의 존재를 설명할 수 있는 비대칭성의 증거가 될 것입니다.

코넬 연구팀은 불화 하프늄 분자를 사용하여 eEDM 측정 능력을 크게 향상시켰습니다. 그들은 이전에 측정한 것보다 2.4배 더 정확한 측정을 수행했습니다.

NIST(National Institute of Standards and Technology)의 보도자료에 따르면, 이 과정에는 자외선 레이저를 사용하여 분자에서 전자를 떼어내고 양전하를 띤 이온 세트를 생성한 다음 포획하는 과정이 포함됩니다.

트랩 주변에서 전자기장이 교대로 발생하여 분자가 정렬되거나 정렬되지 않게 됩니다. 그런 다음 레이저를 사용하여 이러한 방식으로 생성된 두 그룹의 에너지 수준을 측정했습니다. 레벨의 차이는 전자가 대칭이 아니라는 것을 나타냅니다.

새로운 실험을 통해 팀은 이전보다 더 긴 측정 시간을 달성할 수 있었습니다. 결과적으로 감도와 정밀도가 향상되었습니다. 그러나 그들은 수준의 움직임을 발견하지 못했고 최소한 이 정밀도 수준에서는 전자가 여전히 원형으로 보인다고 결론지었습니다.

출처: Casey A. Cass/콜로라도 대학교

Interesting Engineering은 그룹의 방법과 결과에 대한 더 많은 통찰력을 얻기 위해 Eric Cornell 박사와 이야기를 나눴습니다.

다음 내용은 명확성과 흐름을 위해 약간 편집되었습니다.

흥미로운 공학: 비대칭의 증거를 찾는 것이 왜 중요한가요?

코넬 박사: 우리는 처음부터 비대칭성이 있다는 것과 물질 대 반물질 비대칭성에서 우주는 다른 것이 아닌 하나로 구성되어 있다는 것을 알고 있습니다. 그리고 우리는 기본적으로 시간을 되돌아보면 빅뱅 이후 우주에는 지금보다 10억 배 더 많은 물질이 존재했다는 것을 알 수 있습니다. 그리고 10억 개의 양성자와 10억 개의 반양성자마다 실제로는 10억 1개의 양성자가 있었고, 그래서 그들은 모두 서로 붙어 있었습니다. 그리고 남은 것은 빅뱅 이후 남은 물질과 반물질의 아주 작은 부분이었습니다.