3 월 16 일 발간된' 자연' 잡지에서 새로운 논문은 일반 물질과 이상한 입자 사이의 상호 작용을 측정할 수 있는 잠재적인 방법을 묘사하였다. 예를 들면 반양성자와 불안정한 물질 (예: K 개자 또는 이상한 쿼크가 들어 있는 원소). 이 일은 아마도 유용할 것이다. 왜냐하면 우리는 여전히 물질을 우리 우주의 주요 형태의 비대칭으로 만드는 것을 이해하지 못하기 때문이다.
아마도 이 연구에서 가장 눈에 띄는 것은 측량 데이터를 수집하는 놀라운 방법일 것이다. 연구팀은 헬륨 핵 주위에 반양성자를 배치하려고 했는데, 헬륨핵은 액체 헬륨의 일부분으로 초유체 역할을 할 정도로 냉각되었다. 그런 다음 연구원들은 반양성자 궤도 전이에서 나오는 빛을 측정했다.
이런 것을 정확하게 측정하고 싶은 데에는 여러 가지 이유가 있다. 한편, 측정은 반물질과 기이한 쿼크의 속성에 민감할 것이며, 이러한 물질은 짧으며, 일반적으로 정확한 측정을 도전적으로 만드는 환경에서 발생한다. 게다가, 이 시스템은 반물질과 재래식 물질 간의 상호 작용을 포함한다. 왜냐하면 그것들은 잡기가 어렵기 때문이다. 마지막으로, 이곳의 특정 상호 작용, 즉 핵과 그 궤도를 둘러싸고 있는 물체 사이의 상호 작용은 우주의 기본 특징에 매우 민감하다.
실험에서 반물질은 반양성자입니다. 양성자와 반대로 같은 음전하를 띠고 있습니다. 원자핵의 관점에서 볼 때, 반양성자는 병적 비만인 전자처럼 보입니다. 즉, 원자핵을 둘러싸고 있는 정확한 궤도를 차지하지만 전자가 차지하는 궤도와는 다릅니다. 전자와 마찬가지로 반양성자는 광자를 흡수하거나 발사하여 궤도 사이를 이동할 수 있다. 광자를 발사하는 에너지는 반양성자와 원자핵 간의 상호 작용에 대한 정보를 제공한다. 이 정보는 연구원들이 원하는 것입니다.
그러나, 이러한 측정을 하는 것은 물질과 반물질이 서로 소멸되는 추세뿐만 아니라 중대한 도전을 제기한다. 연구 중인 원자의 모든 움직임은 일반적으로 광자가 실제 값을 기준으로 빨간색 또는 파란색 이동을 발생시킵니다. 고에너지 환경에서 이 과정은 특정 파장의 최고치를 부정확하게 모호하게 만들어 유용한 답을 제공하지 못한다.
이 문제를 피하는 가장 쉬운 방법은 원자의 속도를 늦추는 것이다. 즉, 그것들을 식히는 것을 의미한다. 그러나 헬륨의 충분한 냉각은 초유체인 원자가 점성으로 인해 에너지를 잃지 않고 흐를 것이다. 이런 변화는 일을 더 악화시킬 수 있다. 과거에는 연구원들의 목표가 온도를 바꾸는 것이었는데, 이때 액체 헬륨의 밀도가 가장 높았다 (그리고 그 밀도는 수소보다 훨씬 높았으며, 그렇지 않으면 그러한 실험의 옵션 중 하나일 수 있다).
그러나 이러한 실험은 효과가 없습니다. 측정이 넓은 봉우리를 만들어 냈기 때문입니다. 이는 광범위하게 움직이는 이미징 샘플의 전형적인 특징입니다. 연구원들은 이러한 실험이 실패한 원인을 추측했지만, 이 새로운 작업은 이러한 설명 중 하나를 지지하며, 우리는 나중에 이 점으로 돌아갈 것이다.
어쨌든, 실험 장치는 버려질 수 있는 반양성자를 포함한다. CERN 은 반수소 원자를 생산하기 위해 반양성자를 만들고 있지만, 이 과정은 일정 에너지 이하의 반양성자에만 적용된다.
반양성자는 액체 헬륨으로 인도되고, 일부 헬륨 원자는 이온화되는데, 이는 그들이 두 전자 중 하나를 잃었다는 것을 의미한다. 이렇게 하면 반양성자가 궤도에 진입하여 짧은 시간 내에 중성원자와 같은 것을 만들어 내고, 물건을 만나 한 덩어리의 에너지를 가지고 사라질 수 있다. (윌리엄 셰익스피어, 윈스턴, 양성자, 양성자, 양성자, 양성자, 양성자, 양성자)
물론 그렇게 간단하지는 않습니다. 반양성자는 대량의 에너지를 가지고 도착하여 결국 먼 궤도를 차지할 것이다. 하지만 이 궤도들은 너무 멀어서 남은 전자가 차지하는 전자구름 밖에 있다. 이것은 그것들이 물질에 의해 쉽게 소멸될 수 있게 한다. 따라서 반양성자가 그곳에 도착하면, 전자구름에 빠질 수 있도록 에너지를 빨리 잃어야 합니다. 반양성자와 헬륨이 상호 작용할 때 연구원들은 광자를 관찰했다. 그들은 몇 개의 궤도 점프를 발견했기 때문에 에너지 손실은 분명히 합리적인 효율로 발생했다. 저자의 나머지 측정은 이러한 변환 중 하나를 측정하는 데 초점을 맞추고 있다.
액체 헬륨-초유체 전이 온도보다 높은 온도에서 상전이는 피크 대신 넓은 피크를 생성합니다. 온도가 낮아지면서 최고봉이 좁아져서 결국 변환 온도에서 두 개의 다른 최고봉으로 처분되었다. 이런 초정밀 분열은 반양성자와 헬륨핵 사이의 상호 작용으로 인해 발생한다. 이런 정확도로 감지할 수 있다는 사실은 실험 시스템이 이러한 상호 작용 뒤에 있는 반물질과 기초물리학을 알려주는 데 사용될 수 있다는 것을 보여준다.
왜 이전에 액체 헬륨의 분자 특성을 측정하려는 시도가 모두 실패했는데, 이 실험은 성공적이었는가? 연구원들은 그들의 성공은 주로 그들이 실제로 이상한 형태의 헬륨을 측정하고 있기 때문이라고 생각한다. 다른 경우 연구원들은 헬륨에 용해된 분자를 측정하여 매우 다른 행동을 했다. 한 가지 제안은 헬륨이 용해되는 분자 주위에 새장을 형성한다는 것입니다. 이 새장은 분자가 자유롭게 움직일 수 있을 만큼 충분히 큽니다. ) 을 참조하십시오
연구원들은 이 과정이 이런 측정 결과를 얻기 위해 더 광범위하게 사용될 수 있다는 생각에 흥분했다. 기술적으로, 충분히 느리다면, 중간 크기의 음전하를 띤 입자는 헬륨 핵을 둘러싸고 있는 궤도에 놓을 수 있다. 연구원들은 특히' 음전하를 띤 개자와 기이한 쿼크를 포함한 초자' 를 언급했다. 저자는 핵성분이 심상치 않은 헬륨도 역할을 할 수 있다고 생각한다.
이 논문의 자세한 내용은 네이터에서 찾을 수 있다. doi:10.1038/S41586-022-04440-;