과학자들은 수수께끼를 탐구하는 데 열중하고, 수수께끼가 클수록 열정이 커집니다. 과학에는 많은 의문의 여지가없는 질문이 있지만, 커질 때 "아무것도없는 것이 왜 있는가?"를이기는 것은 어렵습니다.
그것은 철학적 인 질문처럼 보일지 모르지만 과학적 탐구에 매우 적합한 질문입니다. 좀 더 구체적으로 설명하자면, "왜 우주는 인간이 삶을 가능하게하여 이런 질문을 할 수있는 물질로 만들어 졌는가?" 일본에서 연구를 수행하는 과학자들은 지난달 가장 흥미로운 문의를 직접 처리하는 측정을 발표했습니다. 그들의 측정은 현재 이론에 대한 가장 단순한 기대에 동의하지 않는 것으로 보이며이 영원한 질문에 대한 답을 제시 할 수있을 것입니다.
이들의 측정 결과, 특정 아 원자 입자 집합에 대해 물질과 반물질이 다르게 행동한다고합니다.
물질 대 반물질
일본 도카이에 위치한 J-PARC 가속기를 사용하여 과학자들은 중성미자라고 불리는 유령 아 원자 입자와 반물질 대응 물 (항 중성자)을 지구를 통해 일본의 카미 오카에 위치한 슈퍼 카미 오카 칸 실험에 발사했습니다. T2K (Tokai to Kamiokande)라고하는이 실험은 우리 우주가 물질로 만들어진 이유를 결정하기 위해 고안되었습니다. 중성미자에 의해 나타나는 중성미자에 의해 나타나는 특이한 행동은이 매우 문제가있는 문제에 약간의 빛을 비출 수 있습니다.
우주가 물질로 만들어진 이유를 묻는 것은 독특한 질문처럼 들릴지 모르지만 과학자들이 이것에 놀란 이유는 매우 많습니다. 물질의 존재에 대한 지식뿐만 아니라 과학자들도 반물질에 대해 알고 있기 때문입니다.
1928 년 영국 물리학 자 폴 디락 (Paul Dirac)은 반물질의 존재를 제안했습니다. 같은 양의 물질과 반물질을 결합시키고 두 물질은 서로를 소멸시켜 엄청난 양의 에너지를 방출합니다. 물리 법칙은 일반적으로 반대로 거꾸로 잘 작동하기 때문에 엄청난 양의 에너지가 있다면 정확히 같은 양의 물질과 반물질로 변환 할 수 있습니다. 반물질은 1932 년 미국 칼 앤더슨 (Carl Anderson)에 의해 발견되었으며 연구자들은 거의 1 세기 동안 그 속성을 연구했습니다.
그러나 "정확히 같은 양으로"라는 문구는 수수께끼의 핵심입니다. 빅뱅 직후의 짧은 순간에 우주는 활력이 넘쳤습니다. 팽창 및 냉각됨에 따라, 그 에너지는 동일한 부분의 물질과 반물질 아 원자 입자로 전환되어 오늘날 관측 가능해야합니다. 그러나 우리 우주는 본질적으로 물질로 구성되어 있습니다. 어떻게 그렇게 될수 있니?
우주의 원자 수를 세고 우리가 보는 에너지의 양과 비교함으로써 과학자들은 "정확히 동일하다"는 것이 옳지 않다고 판단했습니다. 어쨌든, 우주가 2 조 1 천 2 백만의 1 천분의 1이되었을 때, 자연의 법칙은 물질의 방향으로 조금씩 기울어졌습니다. 3,000,000,000 개의 반물질 입자마다 3,000,000,001 개의 물질 입자가있었습니다. 30 억 개의 물질 입자와 30 억 개의 반물질 입자가 결합되어 에너지로 다시 소멸되어 오늘날 우리가 보는 우주를 구성하는 데 약간의 물질이 남습니다.
이 퍼즐은 거의 한 세기 전에 이해 되었기 때문에 연구자들은 물질과 과잉 물질을 연구하여 그들이 과량의 물질을 설명 할 수있는 아 원자 입자에서 행동을 찾을 수 있는지 알아 냈습니다. 그들은 물질과 반물질이 같은 양으로 만들어 졌다고 확신하지만, 쿼크라고 불리는 일종의 아 원자 입자는 반물질보다 물질을 약간 선호하는 행동을 보인다는 것을 관찰했습니다. 이 특정 측정은 물질에서 반물질로 전환하고 다시 되돌릴 수있는 K mesons라는 입자 클래스를 포함하여 미묘했습니다. 그러나 반물질과 반대로 반물질로 전환하는 물질에는 약간의 차이가 있습니다. 이 현상은 예상치 못한 결과로 1980 년 노벨상을 수상했지만 그 효과의 규모로는 우주에서 물질이 지배하는 이유를 설명하기에 충분하지 않았습니다.
유령 광선
따라서 과학자들은 그들의 행동이 과도한 문제를 설명 할 수 있는지 알아보기 위해 중성미자에게 관심을 돌렸다. 중성미자는 아 원자 세계의 유령입니다. 약한 핵력을 통해서만 상호 작용하면 거의 상호 작용하지 않고 물질을 통과 할 수 있습니다. 규모 감각을 제공하기 위해 중성미자는 핵 반응에서 가장 일반적으로 생성되며 주변에서 가장 큰 원자로는 태양입니다. 태양 중성미자 절반으로부터 자신을 보호하려면 약 5 광년 깊이의 단단한 납이 필요합니다. 뉴트리노 스는 실제로 많이 상호 작용하지 않습니다.
1998 년과 2001 년 사이에, Super Kamiokande 검출기를 사용하는 실험과 온타리오 주 Sudbury의 SNO 검출기를 사용하는 일련의 실험이 중성미자가 또 다른 놀라운 행동을 나타내는 것으로 판명되었습니다. 그들은 그들의 정체성을 바꾼다.
물리학 자들은 각각 전자, 뮤온 및 타 우스라고 불리는 독특한 아 원자 형제와 관련된 세 가지 종류의 중성미자를 알고 있습니다. 전자는 전기를 일으키는 원인이며 뮤온과 타우 입자는 전자와 매우 유사하지만 무겁고 불안정합니다.
전자 중성미자, 뮤온 중성미자 및 타우 중성미자라고하는 3 가지 종류의 중성미자는 다른 유형의 중성미자로 "모핑"되어 다시 되돌아 올 수 있습니다. 이 동작을 중성미자 진동이라고합니다.
중성자 진동은 독특한 양자 현상이지만 바닐라 아이스크림 한 그릇으로 시작하는 것과 거의 비슷하며 숟가락을 찾은 후에는 그릇이 반 바닐라와 반 초콜릿이라는 것을 알게됩니다. 뉴트리노 스는 그들의 정체성을 전적으로 하나의 유형에서 혼합 된 유형으로, 완전히 다른 유형으로 변경 한 다음 원래 유형으로 변경합니다.
안티 뉴트리노 진동
뉴트리노 스는 물질 입자이지만, 항 뉴트리노라고 불리는 반물질 중성미자도 존재합니다. 그리고 그것은 매우 중요한 질문으로 이어집니다. 중성미자가 진동하지만 중성미자와 정확히 같은 방식으로 반 중성미자가 진동하고 진동합니까? 첫 번째 질문에 대한 답은 '예'이지만 두 번째 질문에 대한 답은 알려져 있지 않습니다.
이것을 좀 더 완전하지만 간단하게 생각해 봅시다 : 뮤온과 전자의 두 가지 중성미자 유형 만 있다고 가정 해 봅시다. 당신이 순수한 뮤온 형 중성미자의 광선을 가지고 있다고 더 가정하자. 중성미자는 특정 속도로 진동하고 빛의 속도에 가깝게 움직이므로 생성 된 거리와 거리의 함수로 진동합니다. 따라서 순수한 뮤온 중성미자의 빔은 어떤 거리에서는 뮤온과 전자 유형이 혼합 된 것처럼 보이며, 다른 거리에서는 순수한 전자 유형이며 다시 뮤온으로 돌아갑니다. 반물질 중성미자는 같은 일을합니다.
그러나 물질과 반물질 중성미자가 약간 다른 속도로 진동하는 경우 순수한 뮤온 중성미자 또는 뮤온 항 중성선이 생성 된 지점으로부터 일정 거리를 유지하면 중성미자 사례에서 볼 수 있습니다. 뮤온과 전자 중성미자의 혼합, 그러나 반물질 중성미자의 경우, 반물질 뮤온과 전자 중성미자의 혼합이 다른 것을 볼 수 있습니다. 실제 상황은 세 종류의 중성미자가 있고 진동이 빔 에너지에 의존한다는 사실로 인해 복잡하지만 이것이 큰 아이디어입니다.
중성미자와 항 중성자에 의한 다른 진동 주파수의 관찰은 우주가 물질로 구성되어 있다는 사실을 이해하기위한 중요한 단계가 될 것입니다. 새로운 현상도 추가로 수용해야하기 때문에 전체 이야기는 아니지만, 물질과 반물질 중성미자의 차이는 왜 우주에 물질이 더 많은지를 설명하는 데 필요합니다.
중성미자 상호 작용을 설명하는 현재의 일반적인 이론에는 중성미자와 항 중성자가 다르게 진동 할 가능성에 민감한 변수가 있습니다. 해당 변수가 0이면 두 가지 유형의 입자가 동일한 속도로 진동합니다. 해당 변수가 0과 다르면 두 입자 유형이 다르게 진동합니다.
T2K가이 변수를 측정했을 때, 중성미자와 항 중성자가 동일하게 진동한다는 가설과 일치하지 않는다는 것을 발견했습니다. 좀 더 기술적으로 그들은이 변수에 가능한 값의 범위를 결정했습니다. 해당 변수의 실제 값이 해당 범위 내에있을 확률은 95 %이며 실제 변수가 해당 범위를 벗어날 가능성은 5 %입니다. "차이 없음"가설은 95 % 범위를 벗어납니다.
더 간단한 용어로, 현재의 측정에 따르면 중성미자와 반물질 중성미자는 다르게 진동하지만, 확실성이 확실한 주장을 할 수있는 수준으로 올라가지는 않는다. 실제로 비평가들은 이러한 수준의 통계적 유의성을 갖는 측정은 매우 회의적으로 볼 수 있다고 지적합니다. 그러나 그것은 엄청나게 도발적인 초기 결과이며, 세계 과학계는 개선되고 정확한 연구를 보는 데 매우 관심이 있습니다.
T2K 실험은 결정적인 측정을 위해 추가 데이터를 계속 기록 할 것이지만, 도시에서 유일한 게임은 아닙니다. 시카고 외곽에 위치한 페르미 람 (Fermilab)에서는 NOVA라는 비슷한 실험이 중성미자 및 반물질 중성미자를 북부 미네소타로 발사하여 T2K를 물리 치기 위해 노력하고있다. Fermilab은 미래를보다 자세히 살펴보면서 DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment)라는 주력 실험이 무엇인지에 대해 열심히 노력하고 있습니다.
T2K 결과는 확정적이지 않으며주의가 필요하지만 확실히 감탄할 것입니다. 우리 우주에 왜 반물질이없는 것 같은지에 대한 질문이 엄청 나면, 세계의 과학계는 추가 업데이트를 열렬히 기다리고있을 것입니다.
