지구에서 반물질을 떨어뜨린 과학자들. 과연 결과는?

https://www.youtube.com/watch?v=Hy4XgPaU4IE 

 

 

 

※ 본 내용은 유튜브 채널 '책밖과학'에서 제공하며, 타 블로그 및 유튜브 채널에서의 사용을 절대 금지합니다.'

 

반물질..물질의 반대되는 특성을 가진 신비의 물질.

 

오랜 세월동안 과학자들은, 이 반물질의 미스터리를 풀려고 노력해 왔습니다.
하지만 여전히 반물질에 대한 미스터리를 완전히 풀어내지는 못하고 있죠.

 

특히 과학자들의 머리를 아프게 만들고 있는 것은, 바로 중력에 대한 반응입니다.
과연 반물질은 중력에 어떻게 반응하게 될까? 일반 물질처럼 아래로 떨어지게 될까?  
아니면...위로 올라가게 될까? 아니면 그 자리에 그대로 멈춰 있게 될까?

 

그런데 이 오랜 의문의 종지부를 찍을 수 있는 실험이 마침내 진행되었습니다.
과연 반물질은 중력에 대해서 어떠한 반응을 보여주고 있었을까요?

 

스마트 폰을 손에서 놓치면 아래로 떨어지게 됩니다.
당연히 스마트 폰은 일반 물질로, 중력의 영향을 받고 있으니까요.

 

이처럼 이 세상의 모든 물질들은 중력이 작용하는 방향으로 반드시 이동하게 되어 있습니다.

 

 

반물질 폰도 이렇게 떨어지게 될까?

 

그렇다면 물질의 반대 물질인 반물질은 어떨까요? 만약 반물질로 만들어진 스마트폰이 존재한다면...

이 반물질 스마트폰 역시도 똑같이 바닥으로 떨어지게 될까요?

지금까지의 연구에 따르면, 반물질과 일반 물질은 동일한 질량을 갖는 것으로 알려져 있습니다.
이것은 반물질 역시도 중력에 동일하게 반응해야 함을 의미하는 결과라고 할 수 있죠.
실제로 시뮬레이션에 따르면, 반물질과 일반 물질은 중력에 동일하게 반응하고 있는 것으로 나타나게 됩니다.

 

그렇다면, 왜 지금까지 반물질로 이루어진 천체가 단 한 번도 발견되지 않은 걸까요?

만약 시뮬레이션의 결과처럼 반물질도 중력에 대한 동일한 특성을 갖는다면, 우주에는 다양한 반물질 천체들이 존재하고 있어야 할 겁니다.

하지만 이상하게도 우주에서 천체는 커녕 반물질의 존재조차 거의 찾아 볼 수가 없죠.

 

그렇다면 기존의 시뮬레이션이 잘못된 걸까요? 아니면 시뮬레이션으로는 찾아낼 수 없는 미묘한 차이가 있는 걸까요?

만약 시뮬레이션으로 찾을 수 없는 미묘한 차이가 존재하고 있고, 또 그 차이를 발견할 수만 있다면..

우주에 반물질보다 일반 물질이 훨씬 더 많이 존재하는 이유에 대해서 알아낼 수 있을지도 모릅니다.

 

결국 이 미묘한 차이를 찾아내기 위해서는, 실제로 반물질을 가지고 실험을 하는 방법 밖에는 없을 겁니다.

하지만 실제 반물질을 이용한 실험은 거의 불가능하다고 할 수 있는데요.

반물질은 일반 물질과 접촉하는 즉시 소멸해버리기 때문에, 반입자를 만들 수는 있어도 실험을 진행하기는 어렵죠.

만약에 반입자들을 효과적으로 통제할 수 있는 장치가 있다면 가능할지도 모르겠습니다.

 

 

ALPHA-g 반입자 실험 장치

 

 

그래서 만들었습니다. 과학자들은 무려 10년에 걸친 연구 끝에 ALPHA-g라는 이름의 반입자 실험 장치를 만들었는데요.

이 ALPHA-g 장치는 진공을 유지할 수 있는 기능과 반입자를 가둬놓을 수 있는 자기장 기능을 갖추고 있습니다.

그래서 이 장치를 이용하면, 드디어 반입자의 움직임을 정확하게 포착해 낼 수 있을 겁니다.

 

가장 먼저 과학자들은 반수소를 만들어서, 이 진공 챔버에 집어 넣는 작업 부터 시작했습니다.

그리고 이 반수소들이 움직이 못하게 챔버의 자기장 기능을 이용해서 가두어 놓았죠.

반수소를 챔버에 모두 집어넣은 과학자들은, 자기장을 서서히 약하게 만들어서 이 반수소들이 챔버 안에서 자유롭게 이동할 수 있게 만들었습니다.

그러자 반수소들은 진공 챔버의 벽에 부딪히고 또 빛을 발하면서 하나씩 소멸하게 되었는데요.

놀랍게도 약 80%의 반수소들이, 진공 챔버의 아래쪽 벽에 부딪히면서 소멸하고 있었습니다.

 

실험을 여러번 반복해도 결과는 모두 비슷했습니다. 반입자들은 대부분 챔버의 아래쪽 벽에 부딪히며 소멸하는 모습을 보여주었죠. 이러한 결과는 반입자가 중력에 의해서 아래로 낙하하고 있다는 것을 의미하는 결과였습니다.

즉, 반입자 역시도 일반 물질과 동일하게 중력의 영향을 받고 있는 것이 처음으로 확인이 된 겁니다.

참고로 20%의 반수소는 챔버의 위쪽에서 소멸이 되었는데, 이는 자기장을 해제할 때 순간적으로 발생된 열에 의해서 위쪽으로 이동한 것으로 현재 추정되고 있습니다.

그런데 과학자들은 이 실험에서, 한 가지 이상한 점을 발견하게 되었는데요.
반입자의 낙하 속도를 계산해 보니까, 일반 입자의 0.75배에 달하는 속도로 낙하했다는 결과가 나오게 된 겁니다.
즉, 반입자가 일반 입자보다 더 느리게 떨어지고 있었다라는 거죠.
사실 일반 상대성 이론에 따르면, 모든 물질들은 중력에 똑같이 반응해야 된다라고 되어 있습니다
그래서 일부 과학자들은 이를 근거로, 이 측정 값에 분명히 오류가 있을 것이다라고 지적을 하고 있는데요.

 

 

챔버의 아래쪽에서 소멸되고 있는 반입자들

 

 

하지만..아직 우리가 발견하지 못한, 두 물질간의 미묘한 차이가 아직 남아 있을지도 모릅니다.
또 어쩌면 새로운 물리학 법칙이, 이 반입자에게만 적용하고 있을지도 모르죠.
혹시 중력자? 어쩌면 이러한 결과는, 중력을 매개하는 가상의 입자인 중력자의 존재를 시사하는 것일 지도 모릅니다.

 

하지만 이것을 밝혀내는 일은 사실 매우 어려울겁니다. 또한 더 많은 검증이 더 이루어져야 할 필요가 있습니다.

 

어쨋든, 이번의 연구 결과로 인해서 일반 상대성 이론이 옳았다라는 것이 다시 한번 검증이 되었습니다.

그동안 과학계에서는 중력에 대한 반물질의 반응에 대해서  다양한 가설들이 난무했었는데요. 

심지어, 반입자가 중력을 만나게 되면 중력의 반대로 이동하게 된다라는 가설도 있었죠.

 

하지만 이제 우리는 반물질도 물질과 동일하게 중력에 반응한다는 사실을 실험을 통해서 확실히 알게 되었습니다.

그리고 이 결과는 우주에 반물질이 거의 없는 이유를 알아내는데도 많은 도움이 될 수 있을 겁니다.

 

이렇게 과학은 또 하나의 미스터리를 해결하게 되었습니다.

 

 

 

2023.10.04 - [자연・우주] - 우주에서 가장 거대한 블랙홀 크기 비교 애니메이션

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2023.10.04 - [자연・우주] - 안녕하세요. 신박과학 채널 전 운영자입니다.

안녕하세요. 신박과학 채널 전 운영자입니다.