물질 은 중력의 영향을 받습니다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 반물질 또한 같은 방식으로 지구로 떨어질 것이라고 예측했습니다. 그러나 지금까지 이를 직접적으로 보여주는 실험적 증거는 없었습니다. CERN의 알파 실험은 반물질의 운동에 대한 중력 의 영향을 직접 관찰한 최초의 실험입니다 . 이 실험 결과는 반중력이라는 반발력을 배제하고 중력이 물질 과 반물질에 유사한 방식으로 영향을 미친다는 것을 입증했습니다. 양전자가 반양성자를 공전하는 반수소 원자가 수소 원자와 같은 방식으로 지구로 떨어지는 것이 관찰되었습니다 .
반물질은 반입자(양전자, 반양성자, 반중성자는 각각 전자, 양성자, 중성자의 반입자)로 이루어져 있습니다. 물질 과 반물질은 접촉하면 완전히 소멸하면서 에너지를 남깁니다.
빅뱅으로 인해 초기 우주 에는 물질 과 반물질이 같은 양으로 생성되었습니다. 그러나 현재 자연에서는 반물질을 찾아볼 수 없습니다( 물질-반물질 비대칭 ). 물질이 훨씬 더 많습니다. 따라서 반물질의 성질과 행동에 대한 이해는 아직 불완전합니다. 중력이 반물질의 운동에 미치는 영향에 관해 일반 상대성 이론은 반물질 역시 유사한 영향을 받을 것이라고 예측했지만, 이를 직접적으로 확인할 수 있는 실험적 관측은 없었습니다. 심지어 일부 학자들은 (중력의 영향을 받는) 물질과는 달리 반물질은 반중력의 영향을 받을 것이라고 주장했지만, 최근 CERN의 알파 실험 결과가 발표되면서 이러한 주장은 반박되었습니다.
첫 번째 단계는 실험실에서 반원자를 만들고 물질과 만나 소멸하지 않도록 제어하는 것이었습니다. 간단해 보이지만, 이를 달성하는 데 30년 이상이 걸렸습니다. 연구팀은 반수소 원자가 전기적으로 중성이고 안정적인 반물질 입자이기 때문에 반물질의 중력적 행동을 연구하기에 이상적인 시스템으로 선택했습니다. 연구팀은 실험실에서 생성된 음전하를 띤 반양성자를 나트륨-22에서 나온 양전하를 띤 양전자와 결합시켜 반수소 원자를 만들고, 이를 자기 트랩에 가두어 물질 원자와 소멸하지 않도록 했습니다. 자기 트랩을 끄고 수직 장치인 ALPHA-g에서 반수소 원자가 제어된 방식으로 방출되도록 한 후, 반수소 원자가 물질과 소멸하는 수직 위치를 측정했습니다. 연구팀은 약 100개의 반수소 원자 그룹을 포획했습니다. 그리고 위쪽과 아래쪽 자석의 전류를 줄여 20초에 걸쳐 한 그룹의 반원자를 천천히 방출했습니다. 연구진은 반원자가 위쪽과 아래쪽으로 존재하는 비율이 시뮬레이션에서 얻은 원자 결과와 일치한다는 것을 발견했습니다. 또한 반수소 원자의 가속도가 물질과 지구 사이의 중력 에 의한 가속도와 일치한다는 사실을 발견했는데 , 이는 반물질이 반중력적인 반발력이 아니라 물질과 동일한 중력의 영향을 받는다는 것을 시사합니다.
이번 발견은 반물질의 중력 거동 연구에 있어 획기적인 사건이다.
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출처 :
- CERN 2023. 뉴스 – CERN의 ALPHA 실험에서는 반물질에 대한 중력의 영향을 관찰합니다. 게시일: 27년 2023월 XNUMX일. https://www.home.cern/news/news/physics/alpha-experiment-cern-observes-influence-gravity-antimatter 27년 2023월 XNUMX일에 액세스함.
- Anderson, EK, Baker, CJ, Bertsche, W. 외. 반물질의 운동에 중력이 미치는 영향을 관찰합니다. 자연 621, 716–722 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06527-1
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