Northwestern 연구팀, 양전자 1개 수개월간 가둬

미국 Northwestern University 물리학자들이 반물질 입자인 양전자 1개를 수개월 동안 가두는 데 성공했습니다. 절대영도에 가까운 온도로 냉각한 입자에 직접 접촉하지 않고도 양자 상태를 정밀하게 제어했습니다. 연구 결과는 Physical Review Letters에 실렸습니다.

입자를 파괴하지 않는 방식

양전자는 전자의 반물질 짝입니다. Gerald Gabrielse가 이끄는 연구팀은 '단일 양전자 양자 사이클로트론'이라는 장치를 개발했습니다. 전기장과 자기장으로 양전자를 진공 속에 붙잡고, 절대영도 근처의 온도에서 에너지가 가장 낮은 상태로 만들어 양자적 거동을 제어된 방식으로 바꿀 수 있습니다.

입자물리학의 다른 방법과 달리 이 방식은 입자를 파괴하지 않습니다. 덕분에 반입자 1개를 수개월간 보관하며 측정을 반복할 수 있었습니다.

물질과 반물질의 차이를 찾아서

이론상 모든 물질 입자에는 대응하는 반입자가 있고, 이는 실험으로 확인됐습니다. 우주에는 두 가지가 비슷한 양으로 존재해야 하지만 관측되는 대부분은 일반 물질이며, 그 이유는 아직 밝혀지지 않았습니다.

반물질은 일반 물질과 닿으면 서로 소멸하며 에너지를 방출해 연구가 어렵습니다. 진공 용기와 전자기장으로 격리해도 양자 수준의 실험은 여전히 까다롭습니다.

전자와 양전자는 질량이 같고 전하는 반대입니다. 연구자들은 두 입자의 자기적 성질을 비교하려 합니다. 전자는 이미 매우 정밀하게 측정됐지만 양전자는 같은 수준의 정밀도를 얻기 어려웠습니다. American Physical Society에 따르면 새 장치는 반물질 측정을 기존보다 약 30배 정밀하게 할 수 있습니다.

지금까지 두 입자 사이에서 예상 밖의 차이는 발견되지 않았습니다. 이번 성과는 차이를 찾아내는 능력을 높였다는 데 있습니다. 앞으로 양전자가 전자와 다르게 자기장에 반응한다면, 물질과 반물질을 설명하는 법칙 일부를 수정해야 할 수 있습니다.