하지만 과학자들은 반물질에 대한 더 나은 이해를 향해 중요한 진전을 이루고 있습니다. 연구진은 수요일(9월 27일) 반물질이 물질과 마찬가지로 중력에 반응하여 낙하한다는 것을 최초로 증명했다고 발표했습니다. 이 실험의 성공은 천재 물리학자 알베르트 아인슈타인이 개발한 일반 상대성 이론을 다시 한번 강화하는 것입니다.
스위스 제네바에 있는 유럽입자물리연구소(CERN)의 알파-g 장비에 반수소 원자가 떨어지는 시뮬레이션. 사진: 미국 국립과학재단
우리가 알고 있듯이 행성과 별부터 푸들과 막대사탕까지 우리가 보는 모든 것은 일반 물질로 이루어져 있습니다. 한편, 반물질은 일반 물질과 같은 질량을 가지지만 전하가 반대인 신비한 쌍둥이입니다.
전자나 양성자 같은 거의 모든 아원자 입자는 반물질을 가지고 있습니다. 전자는 음전하를 띠는 반면, 양전자라고도 하는 반전자는 양전하를 띱니다. 마찬가지로, 양성자는 양전하를 띠는 반면, 반양성자는 음전하를 띱니다.
그 이론에 따르면, 우주를 시작한 빅뱅은 물질과 반물질을 같은 양으로 생성했어야 합니다. 그러나 반물질은 거의 존재하지 않는 것으로 보이며, 지구상에는 거의 존재하지 않습니다. 게다가 물질과 반물질은 양립할 수 없습니다. 만약 둘이 만나면 폭발합니다.
이 실험은 스위스 유럽입자물리연구소(CERN)의 반수소 레이저 물리학 시설(ALPHA) 협력 연구진에 의해 수행되었습니다. 이 실험에는 가장 가벼운 원소인 수소의 반물질이 사용되었습니다.
캘리포니아 대학의 물리학자이자 Nature 저널에 게재된 연구의 공동 저자인 조나단 워텔레는 "지구에서 자연적으로 발생하는 대부분의 반물질은 우주선(우주에서 온 고에너지 입자)이 공기 중의 원자와 충돌하여 물질-반물질 쌍을 형성할 때 생성됩니다."라고 말했습니다.
새롭게 생성된 이 반물질은 대기 하층부의 일반 물질 원자에 닿을 때까지만 존재합니다. 그러나 알파 실험처럼 통제된 조건에서는 반물질을 합성할 수 있습니다.
반수소는 원통형 진공 챔버에 담겨 자기장에 의해 고정되었습니다. 연구진은 자기장을 약하게 조절하여 반물질을 방출하고 중력으로부터 떨어져 나가는지 확인했습니다. 같은 조건에서 반물질은 수소와 동일한 거동을 보였습니다.
"이 결과는 이론과 간접 실험을 통해 예측되었습니다... 하지만 반물질을 떨어뜨려 어느 방향으로 떨어지는지 확인하는 직접 실험을 수행한 연구팀은 아직 없습니다."라고 UC 버클리 물리학자이자 연구 공동 저자인 조엘 파얀스가 말했습니다.
아인슈타인은 중력에 대한 포괄적인 설명인 일반 상대성 이론을 개발하면서 모든 물질을 동등하게 취급했습니다. 즉, 반물질도 물질과 같은 방식으로 반응한다는 뜻이었습니다. 반물질은 1932년이 되어서야 공식적으로 발견되었습니다.
영국 맨체스터 대학의 물리학자이자 연구 공동 저자인 윌리엄 버츠는 CERN에서 실험을 수행했으며, "이것은 일반 상대성 이론과 그 동등 원리의 힘을 증명하는 것이라고 생각합니다."라고 말했습니다.
이 실험은 반물질과 물질이 중력에 의해 끌린다는 것을 보여줌으로써, 이전에 반물질이 부족했던 것에 대한 가능한 설명, 즉 반물질이 빅뱅의 반대쪽으로 밀려났다는 설명을 배제했습니다.
마지막으로 물리학자 파잔스는 이렇게 말했습니다. "이론이 아무리 훌륭하더라도 물리학은 여전히 실험 과학입니다."
황하이 (CERN, UNSF, Reuters에 따르면)
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