우주론

우주가 반물질이 아닌 물질로 이루어진 이유는 무엇입니까? 새로운 실험은 감질나는 힌트를 줍니다.

2024

지구를 통해 중성미자를 쏘는 과학자들은 적절한 조치를 취했습니다 우주가 우리에게 던진 가장 기본적이고 가혹한 질문 중 하나에 답하기 위해: 왜 모든 것은 반물질이 아니라 물질로 이루어져 있습니까?

오, 당신은 용어를 알고 반물질 . 다음을 비롯한 SF의 필수 요소 스타트렉 , 물질과 같지만 전하가 반대입니다. 따라서 양전자라고 하는 반전자는 전자와 완전히 동일한 특성을 갖지만 음전하 대신 양전하를 띠고 있습니다. 반양성자는 양성자와 비슷하지만 음전하를 띠는 식입니다.

반물질의 또 다른 재미있는 특성은 입자와 그 반입자를 결합하면 쾅 하는 것입니다. 빅, 빅뱅: 순수한 에너지로 변환됩니다. NS 많은 에너지. 안티필을 만나 춤을 추면 같은 에너지로 폭발할 텐데. 1메가톤 핵무기 3,500발 .

반물질은 악이 아니지만 물질과 결합하고 싶지는 않습니다. 크레딧: Phil Plait

그리고 그것은 문제입니다(레이브를 망치는 것 외에). 우리가 이해하는 물리학 법칙에 따르면 우주가 아주 어렸을 때 – 불과 몇 분 밖에 되지 않은 – 팽창함에 따라 온도가 충분히 떨어졌습니다. , 그것은 동일한 양의 물질과 반물질을 생성했어야 합니다.

그러나 그것이 사실이라면 모든 입자는 반 입자를 만났을 것입니다. 비난 . 우주에는 물질이나 반물질이 전혀 없어야 합니다. 그들은 모두 전멸했을 것입니다. 아직 여기 있습니다.

사실 둘은 동등하지 않았다. 수십억 쌍의 물질/반물질 입자마다 하나의 남은 물질 입자가 있었습니다. 많지는 않지만 다른 모든 쌍이 소멸된 후 오늘날 우리가 보는 모든 은하, 별, 행성, 사람 및 얼 그레이 차 컵을 설명하기에 충분합니다.

하지만 왜? 왜 비대칭인가?

우리의 물질/반물질 대칭 법칙이 어떻게든 위반되어야 하고, 반물질은 그렇지 않습니다. 바로 그거죠 어떤 면에서 물질처럼. 근데 뭐?

과학자들은 오랫동안 이 비대칭성을 찾고 있었습니다. . 상세한 물리학은 흥미롭습니다. DAEδALUS 실험 사이트에 이에 대한 환상적인 설명이 있습니다. — 하지만 과학자들이 그것을 찾기 위해 하고 있는 다음 비트를 이해하는 데 모든 것이 필요한 것은 아닙니다.

1010 사랑의 의미

자, 잠시 여기로 여행을 가자. 중성미자라고 불리는 또 다른 종류의 아원자 입자가 있습니다. 그것은 마치 존재하지 않는 것처럼 많은 정상적인 물질을 통과할 수 있는 것과 같은 많은 이상한 속성을 가지고 있습니다. 그것은 단지 문제와 많이 상호 작용하지 않습니다. 아주 조금이지만 많지는 않습니다. 또한 뮤온, 전자 및 타우 중성미자라는 세 가지 다른 맛이 있습니다. 한 종류의 중성미자는 우주를 여행하면서 자발적으로 다른 종류로 변형될 수 있습니다.

그리고 제가 여기에서 그것들을 언급하는 이유는 중성미자와 그 반물질 등가물을 지배하는 엄청나게 복잡한 방정식을 통해 그들이 동일하게 작용하지 않을 수도 있다는 힌트를 찾기 때문입니다. 거기에는 실제로 비대칭이 있을 수 있으므로 과학자들이 노력을 집중한 곳입니다.

여기에서 매우 흥미로운 부분에 도달합니다. 과학자들은 T2K 콜라보레이션 방금 발표 그들은 중성미자에서 이 대칭 위반을 측정했을 수 있습니다 . 결과는 확실하지 않지만 매우 흥미롭습니다.

이 실험은 뮤온 중성미자 빔을 생성하고 이를 일본 양성자 가속기 연구 단지(JPARC)에서 발사하여 295km 떨어진 고체 지구를 통해 슈퍼 카미오칸데 중성미자 탐지기까지 발사합니다.

그들은 양성자를 탄소 샘플로 가속하여 이를 수행한 다음 Super-Kamiokande를 겨냥한 빔에서 뮤온 중성미자를 분출합니다. 밀리초 후에 도착하면(!!) 이 중성미자 중 아주 아주 소수가 원자와 충돌할 것입니다. 탱크에 저장된 50,000톤의 초순수 그리고 또 다른 유형의 입자인 뮤온을 만듭니다. 그러나 대부분의 중성미자는 바로 통과하기 때문에 어떤 결과를 얻기 위해 탄소와 양성자를 충돌시키는 데 20년이 걸렸습니다.

그러나 그들 중 일부는 맛이 변하여 전자 그들이 물 탱크에 도착하기 전에 그 짧은 시간에 중성미자. 그런 일이 일어나면 그들은 탱크의 원자를 때리고 뮤온 대신 전자를 생성합니다.

또한 JPARC는 muon을 생성할 수 있습니다. 안티 중성미자도. 같은 일이 일어납니다. 일부는 탱크에서 뮤온을 만들고 일부는 전자 반중성미자로 변화하여 전자를 만듭니다.

찾을 단서를 알면 반물질을 찾기가 쉽습니다. 크레딧: Shutterstock / Phil Plait

물질/반물질 대칭이 유지된다면 중성미자에 의해 생성된 전자에 대한 뮤온의 비율은 반중성미자의 경우와 같아야 합니다. 그러나 그들이 발견한 것은 그 비율이 다른 것처럼 보인다는 것입니다! 뮤온 중성미자는 반물질보다 전자 중성미자로 더 많이 변하는 것 같습니다.

사실이라면 매우 큽니다.

물리 법칙은 물질과 반물질을 구별합니까? 이 실험은 대답이 예라는 것을 암시합니다. 문제는 그것이 확정적이지 않다는 것입니다. 금본위제는 통계적으로 결과에 대한 신뢰도가 99.7%라는 것입니다(5-시그마 표준이라고 함). 이 결과는 '오직' 95%(3 시그마)의 통계적 확실성을 제공하는 결과의 수가 적습니다. 매우 도발적이지만 구체적이지 않고 아직 발견이라고 할 수 없습니다.

아, 하지만 짱 감질나게.

테스트 중인 중성미자 행동을 지배하는 끔찍한 방정식에는 delta-CP라는 매개변수가 있습니다. 물질과 반물질 사이에 차이가 있다면 그것은 그 숫자에 있습니다. 이론상으로는 많은 값을 취할 수 있지만, 이 실험은 실제로는 그 중 절반 정도를 배제한 것으로 보입니다. 그것은 과학자들이 우주가 어떻게 행동하는지, 반물질보다 물질을 선호하는 이유를 보기 위해 방정식을 살펴봐야 하는 부분을 좁힙니다. 더 많은 작업이 필요하지만 이러한 결과는 적어도 우리가 이전에 했던 것보다 더 많은 방향을 가리키는 것처럼 보입니다.