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반물질이 떨어지는 방향

17.11.2018

학교 물리학 과정에서 우리는 망치와 가장 가벼운 깃털이 진공 속에 놓이면 동시에 표면으로 떨어질 것이라는 것을 알고 있습니다. 이것은 Apollo 15 임무의 미국 우주 비행사에 의해 명확하게 입증되었으며 이제 유럽 핵 연구 CERN의 과학자들은 이 간단한 실험에 이국적인 요소를 추가할 계획입니다. 그들은 진공 챔버에 반물질 입자를 "던지고" 관찰할 것입니다 중력이 그들에게 미치는 영향. 그리고 반물질은 그 성질 때문에 "떨어질" 가능성이 있습니다.

우리 세계에서 각 기본 입자는 반대 전하를 제외하고 모든 매개 변수에서 해당하는 쌍을 가지고 있습니다. 일반 입자와 반 입자가 우주에서 충돌하면 서로 상쇄되어 순수한 에너지로 바뀝니다. 당연히 반물질의 그러한 성질은 그것을 얻고, 저장하고, 연구하는 것을 어렵게 만든다. 2010년에 CERN 과학자들은 반물질의 저장 시간이 16분의 XNUMX초에 불과했음에도 불구하고 자기적으로 반물질을 포획하고 연구할 수 있었습니다. 그러나 바로 이듬해 트랩에 반물질이 머무는 시간이 XNUMX분으로 늘어났다.

기존의 물리 이론은 중력이 정상 물질과 정확히 같은 방식으로 반물질에 작용해야 한다고 예측합니다. 그러나 이론과 실제의 작은 편차라도 입자 물리학의 기존 표준 모델에 큰 변화를 줄 수 있기 때문에 이 가정은 실제로 테스트되어야 합니다. 이러한 "검증" 실험의 일환으로 몇 년 전 CERN 과학자 그룹은 반수소의 광학 스펙트럼을 연구했으며 이 스펙트럼이 일반 수소의 스펙트럼과 절대적으로 동일하다는 것을 발견했습니다.

또 다른 근본적인 질문은 반물질이 중력에 어떻게 반응하는지입니다. 이론에 따르면 반물질의 입자는 일반 물질의 입자와 같은 방식으로 중력장에 떨어져야 합니다. 그러나 반물질 입자가 반대 방향으로 떨어질 확률은 XNUMX만분의 XNUMX입니다. 그리고 이것은 반물질을 잡고 있는 전자기 덫의 "껴안음"에서 반물질을 방출해야만 알 수 있습니다.

반물질과 중력의 문제는 두 가지 실험에서 연구될 것입니다. 이 실험에서는 반물질 입자를 받은 직후 이를 잡아두는 자기 트랩이 꺼집니다. 그리고 민감한 센서는 에너지 폭발과 정확한 위치를 등록합니다. 얻은 데이터를 기반으로 과학자들은 반물질 입자의 이동 궤적을 계산하고 중력이 반물질 입자에 미치는 영향의 크기를 측정합니다.

두 실험의 주요 차이점은 반물질을 얻는 방법과 자유 낙하에 대한 준비입니다. 첫 번째 실험인 ALPHA-g는 과학자들이 반물질을 생성하고 포획할 수 있도록 하는 ALPHA 실험의 기존 하드웨어를 기반으로 합니다. 안티프로톤은 안티프로톤 감속기(AD)를 사용하여 생성되고 양전자와 결합하여 중성 안티수소 원자를 생성합니다. 다른 힘의 영향을 피하고 중력의 영향을 정확하게 측정하는 것을 가능하게 하는 것은 반수소 원자의 중성 특성입니다.

두 번째 실험인 GBAR은 ELENA 중재자로부터 반양성자를 가져와 작은 선형 가속기의 양전자와 결합합니다. 반양성자(반수소 이온)는 10마이크로켈빈으로 냉각되고 레이저 광의 도움으로 중성 원자로 변환됩니다. 생성된 반원자는 준비된 함정에 빠지고 거기서 더 연구됩니다.

불행히도 이러한 실험은 완료하는 데 매우 오랜 시간이 걸립니다. 그리고 몇 주 안에 CERN 가속기가 XNUMX년 동안 다시 폐쇄될 것이라는 사실 때문에 상황이 악화됩니다. 고휘도의 대형 강입자 충돌기(High-Luminosity Large Hadron Collider, HL-LHC). 그러나 GBAR 및 ALPHA-g 실험의 과학자들은 남은 시간이 연구의 실험 부분을 수행하기에 충분할 것이며 이 경우 수집된 데이터는 조금 후에 처리할 수 있을 것으로 예상합니다.

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