‘우주 난제’ 물질-반물질 비대칭, 중입자 실험으로 첫 확인

작성일 07-18

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">유럽 연구팀, 양성자 충돌시켜<br>물질-반물질 붕괴속도 차이 분석<br>중입자에서 ‘CP 위반’ 첫 사례</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="pYKTy7dz3q">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="0e8a467d306fedabeba1f448be1c9a418fb82cb3b5b055ae85c2935de7177497" dmcf-pid="UKoqBdOJ7z" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="현재 우주에 물질과 반물질이 같은 양으로 존재하지 않는 이유를 밝혀내는 것은 현대 물리학이 풀어야 할 숙제로 제시된다. 게티이미지코리아" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/18/donga/20250718030431950mvix.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="0OoqBdOJzB" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/18/donga/20250718030431950mvix.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            현재 우주에 물질과 반물질이 같은 양으로 존재하지 않는 이유를 밝혀내는 것은 현대 물리학이 풀어야 할 숙제로 제시된다. 게티이미지코리아
           </figcaption>
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          <div contents-hash="d6cc16aa1ce0ee4272c71524c7075acd47bae1f590c8bedccd3111caea54b474" dmcf-pid="u9gBbJIiz7" dmcf-ptype="general">
           우주의 역사를 설명하는 표준 우주론 모형에 따르면 빅뱅으로 우주가 처음 만들어질 때 물질과 반물질은 동일한 양으로 생성됐다. 하지만 현재 관측 가능한 우주에는 물질의 양이 압도적으로 많아 우주의 물질-반물질 비대칭에 대한 설명이 필요하다. 과학자들이 ‘중입자(baryon)’ 실험을 통해 비대칭 현상의 증거를 확인했다.
          </div>
          <p contents-hash="1c8caaa538aecd2ab263d339f0c67ff839e7ab211555ec82e08a3c365edf1497" dmcf-pid="72abKiCnUu" dmcf-ptype="general">유럽입자물리연구소(CERN) 공동연구팀은 거대강입자가속기(LHC)로 수행한 ‘LHCb’ 실험을 통해 우주의 물질-반물질 비대칭성을 설명하는 조건 중 하나인 ‘CP 위반(CP violation)’을 중입자에서 처음으로 확인하고 연구결과를 16일(현지 시간) 국제학술지 네이처에 공개했다.</p>
          <p contents-hash="61438bf2b8ce41f0644203607e4615dbe90f358407c1a5bc0f26b50465065bde" dmcf-pid="zVNK9nhL0U" dmcf-ptype="general">반물질은 물질과 성질이 반대다. 예를 들어 음전하(―)를 띤 입자인 전자의 반물질 ‘양전자’는 질량 등 다른 성질은 전자와 같지만 전하만 양전하(+)로 반대다. 일반적으로 어떤 물질과 그 물질의 반물질이 만나면 붕괴해 에너지를 내며 사라진다.</p>
          <p contents-hash="f9c7a765a0bc84c105eb940549451382455590ed8c6d333f02860412a2b6195d" dmcf-pid="qfj92Llozp" dmcf-ptype="general">CP 위반은 물질과 반물질이 각각 시간이 흐르면서 다른 입자로 변하는 붕괴 과정에서 비대칭성을 보인다는 개념이다. 수십 년 전 ‘중간자(meson)’로 불리는 미세 입자들에서 CP 위반이 실험으로 확인됐다. 중간자는 보다 작은 우주의 기본입자인 쿼크 2개가 결합한 입자다. 기본입자 쿼크는 총 6종류로 알려져 있다. </p>
          <p contents-hash="aa85d144eb6be0154ac767b120ad50342cc584d73d54264924e691c2c7e7c903" dmcf-pid="B4A2VoSgz0" dmcf-ptype="general">연구팀은 양성자 충돌 실험을 통해 쿼크 3개가 결합한 입자인 중입자에서 처음으로 CP 위반을 확인하는 데 성공했다. 원자의 원자핵을 구성하는 양성자, 중성자도 중입자에 속한다.</p>
          <p contents-hash="b0d869a36e57c8c2211c5d99fcaf1d8ee007f34ba9825242632197f586123c5f" dmcf-pid="b8cVfgvaU3" dmcf-ptype="general">실험 결과 양성자 충돌 과정에서 생성된 ‘람다 중입자’와 이 중입자의 반물질인 반중입자는 각각 다른 입자로 붕괴하는 과정에서 유의미한 속도 차이를 보였다. 물질과 반물질의 붕괴 확률이 다르다는 사실이 중입자에서 확인된 것이다.</p>
          <p contents-hash="9ca03f2d490beb9e02c0b3e73e789927c7e819583ef8a0baae3041612ff8e030" dmcf-pid="KKoqBdOJpF" dmcf-ptype="general">이번 연구결과는 중입자의 CP 위반을 실험으로 처음 증명했다는 의미가 크지만 우주의 물질-반물질 비대칭 현상을 완전히 설명하지는 않는다. CP 위반 외에도 입증해야 할 조건이 더 남아 있기 때문이다.</p>
          <p contents-hash="e146e6028748f59e3be06a8c1c94b991b07ae757b0df4f83a796f6253abd355b" dmcf-pid="99gBbJIiFt" dmcf-ptype="general">1967년 구소련 물리학자 안드레이 사하로프는 우주의 물질-반물질 비대칭 현상을 설명하기 위한 세 가지 조건이 담긴 ‘사하로프 조건’을 제시했다. CP 위반은 그중 하나다. 우주에 존재하는 다양한 중입자의 특성을 숫자로 나타낸 바리온 수의 합이 보존되지 않는다는 ‘바리온 수 위반’, 초기 우주가 열평형 상태에서 벗어나 있었어야 한다는 ‘열평형 이탈 조건’도 입증돼야 한다.</p>
          <p contents-hash="461bc0fdb8c56cfcec354820eb6a5ba590439f059f47c3f7137e6fa1169b2910" dmcf-pid="22abKiCn71" dmcf-ptype="general">연구팀은 이번 연구결과를 통해 표준 우주론 모델이 설명하지 못하는 새로운 힘이나 입자의 존재 가능성을 제기하며 “기존 모델을 넘어선 물리학 탐구의 새로운 길을 열었다”고 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="d45289559281d565275c9ae30e088dab2b19ad890628c31ad118a2f5a7b7ca24" dmcf-pid="VVNK9nhLF5" dmcf-ptype="general">이병구 동아사이언스 기자 2bottle9@donga.com </p>
         </section> 
        </div> 
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‘우주 난제’ 물질-반물질 비대칭, 중입자 실험으로 첫 확인

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