지식보관소_ 실제 실험으로 반물질의 특성을 알아냈다.

 

 

얼마 전 유럽 입자물리학 연구소 소속의 과학자들은

ALPHA-G라는 장치를 사용해서

반물질이 중력과 어떻게 상호작용하는지를 실험하는 데 성공을 했으며

이 내용은 네이처지에 소개가 되었습니다.

 

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반물질은 실제로 존재하는 물질이지만

우리 주변에서 볼 수가 없기 때문인지

많은 분들이 오해를 하는 경우가 많습니다.

 

그중에서 가장 대표적인 건

반물질의 성질에 관한 것이죠.

반물질이라는 이름 때문에

무언가 물질과 반대되는 특성이 있을 것 같지만

실제로는 전하만 반대인 것으로 추정하고 있습니다.

 

때문에 물질과 물질이 만나면

외곽 전자끼리 같은 전하를 가져서 서로 밀어내지만

그와는 달리 물질과 반물질이 만나면

서로의 전하가 같아서 상쇄되기 때문에 소멸하게 되고

사라진 질량은 E=MC^2에 따라서

에너지로 변환이 되게 되는 것이죠.

 

하지만 반물질이라는 이름 때문인지

반물질이 음의 에너지를 지녔다거나

반중력을 지닌 것으로 오해하는 댓글들을 종종 보게 되는데

암흑물질, 암흑에너지, 반물질

이 모두는 서로 완전히 다른 개념입니다.

 

하지만 그럼에도 불구하고

반물질이 특성이 어떻다라고 명확하게 말하기가 힘들었던 이유는

물질과 만나면 쌍소멸하는 특성 때문에

현재 기술로 지구상에서 장시간 보존이 힘들 뿐만이 아니라

LHC에서 생성되는 반입자의 양 자체기 워낙 적어서

이론을 검증할 만한 실험을 하기가 힘들었기 때문이었습니다.

뭐 지금까지는 말이죠.

 

얼마 전 유럽 입자물리학 연구소 소속의 과학자들은

ALPHA-G라는 장치를 사용해서

반물질이 중력과 어떻게 상호작용하는지를 실험하는 데 성공을 했으며

이 내용은 네이처지에 소개가 되었습니다.

 

이번 실험에서 사용되었던 반입자는

무려 반수소였는데요.

이번 실험이 놀라운 이유는

수소는 양성자와 전자로 이루어진 가장 단순한 원자지만

LHC에서 만들어지는 반입자는

일종의 플라스마 상태로

반양성자와 반전자 같은 이온화 상태로 만들어지기 때문입니다.

 

이런 이온은 전하를 가지기 때문에

자기장을 이용해서 진공에 가까운 상태로

잠깐 동안 유지를 할 수가 있었지만

만약에 반양성자와 반전자가 합쳐진 반수소의 상태가 되면

전화가 없어져서 자기장으로 가둘 수가 없고

어떤 실험으로 사용하기 전에

순식간에 물질과 만나서 소멸하게 되기 때문이죠.

 

때문에 아직까지 반입자가 실제로 어떤 물리적 특성이 있는지를 실험하기는

어려웠던 것입니다.

하지만 이번에 연구팀은 ALPHA-G라는 장치에 있는 마그네틱 트립으로

반입재를 포집한 뒤에

극저온 환경에서 반수소를 잠시 동안 유지시키는 기술을 사용을 했는데요.

 

잠깐이긴 하지만 반수소를 보관할 수가 있어지면서

100여 개의 반수소를 사용해서

용기에서 어떻게 움직이는지를 확인했고

그 결과 이 용기 안에서 약 80%의 반수소가

바닥으로 이동하는 것을 확인했는데

놀랍게도 이는 수소를 가지고 실험했을 때와

완전히 동일한 수치였습니다.

 

즉 이 말은 반입자가 정말로 이론대로

입자와 완전히 동일한 현상을 보여주었던 것이죠.

 

반물질은 물질과 똑같이 중력의 영향을 받을 뿐만이 아니라

진공에서 분산되는 패턴 또한

일반적인 물질과 완전히 동일했던 것입니다.

 

이는 물론 아인슈타인의 일반상대성이론의 예측과 동일한 결과지만

실험을 통해서 증명된 것은 이번이 처음이죠.

 

이번 실험이 중요한 것은

물론 아직까지는 먼 미래의 이야기지만

언젠가 반물질을 생산할 수가 있게 되면

이를 이용하는 것이 가능할 수도 있다는 것이고

활용가능한 반물질은

영화 <아바타>처럼 성간 우주 여행을 가능하게 만들어 줄지도 모릅니다.

 

물론 이번 연구로 반물질이 중력과 상호작용하는 방식이

일반 물질과 동일했다고는 하지만

100여 개의 반수소로만 측정된 데이터여서

표본이 적기 때문에

아직 반물질이 일반 물질과 완전히 동일한

물리적 상호작용을 한다고 단정하기는 어렵습니다.

 

하지만 마그네틱트릭과 극전 환경을 이용해서

실험할 방법이 열린 만큼

앞으로 나올 반물질에 대한 실험이 기대가 되네요.