과학자들은 처음으로 반물질을 직접 제어하는데 성공했습니다.

우주는 우리가 아직 풀지 못한 수많은 미스터리로 가득차 있습니다.

 

그 중에는 우주의 근간과 관련되어 있을 정도로 아주 중요하고 또 가장 오래된 미스터리가 하나 있는데요.

 

이 미스터리는 바로 우주에 반물질보다 일반 물질이 훨씬 더 많이 존재하는 이유입니다.

 

그런데 이 미스터리를 풀어내려면 먼저 반물질을 찾아낸 다음, 우리가 관측할 수 있게 만들어야 합니다.

 

과학자들은 반물질의 존재를 입증하는데 성공했지만, 지금까지 이들을 제어하거나 정밀하게 관측할 수는 없었죠.

 

그런데 얼마전, 과학자들은 드디어 반물질을 직접 제어하는데 성공했다고 발표했습니다.

 

 

 

현대 물리학 이론에 따르면 빅뱅은 같은 양의 물질과 반물질을 만들어냈어야 합니다.

 

그리고 그 결과는 두 물질이 무한히 서로 소멸되어 우주는 에너지의 형태로만 남아 있어야 하죠.

 

하지만 여러분들도 아시다시피 우주는 전혀 그렇지 않습니다. 오히려 반대로 수 많은 물질들로 넘쳐나고 있습니다.

 

즉, 우주에 존재하는 수 많은 물질들의 존재는 일반 물질이 반물질보다 훨씬 더 많이 존재하고 있다는 증거입니다.

 

이러한 문제를 가리켜 "중입자 비대칭(baryon asymmetry)"이라고 하며, 여전히 과학자들은 이 문제를 해결하지 못하고 있습니다.

 

일단 이 미스터리를 풀려면 가장 먼저 우리는 반물질이 정확히 무엇인지 알아야 합니다.

 

지금까지 반물질에 대해서 과학자들이 알아낸 사실은 반물질은 물질과 정반대의 입자로 구성되어 있다는 겁니다.

 

즉, 일반 물질에의 전자는 반물질에서는 양전자로, 양성자는 반양성자 등으로 이렇게 반대로 구성되어 있다는 거죠.

 

그리고 이러한 입자와 반입자는 만나는 즉시 서로 소멸하게 되며, 그 부산물로 감마선을 방출하게 됩니다.

 

과학자들은 1990년대에 반물질 입자를 만들어 내는데 성공하여 이러한 반응을 관측할 수 있었습니다.

 

하지만 반입자는 일반 입자들과의 반응성때문에 극도로 짧은 시간만 존재한 뒤 사라져 버리게 되는데요.

 

그래서 아쉽게도 반물질의 연구로까지는 이어지지 못했습니다.

 

 

그러다가 2011년에 과학자들은 반 수소 원자를 만들어 1000초 동안 유지시키는데 성공했습니다.

 

이렇게 오랫동안 반입자를 유지시켰다는 것 자체 만으로도 당시 과학에서의 엄청난 이슈가 되었죠.

 

하지만 여전히 속도가 너무 빨라서 실제로 이 반입자를 연구하는데에는 무리가 있었습니다.

 

반 수소 원자를 1000초까지 사라지지 않게 유지시켰다는 것 자체에 만족해야만 했습니다.

 

그 이후로 과학자들은 반입자의 속도를 늦출 수 있는 기술을 개발하는데 집중하기 시작했습니다.

 

이제 반입자를 유지시킬 수 있는 기술이 있으니 속도만 떨어뜨릴 수 있다면 반입자를 자세히 관찰할 수 있게 될 겁니다.

 

그 이후로 10년이 지난 며칠 전, 과학자들은 드디어 반입자의 속도를 제어하는데 성공했다고 발표했습니다.

 

반 수소 원자는 일반 수소 원자와 마찬가지로 광자를 흡수하고 산란하여 운동량을 잃거나 얻을 수 있는데요.

 

이러한 효과는 빛이 적절한 주파수 영역에 내에 있을 때에만 발생하게 됩니다. 너무 높거나 낮으면 광자는 입자를 그냥 지나쳐가게 되죠.

 

 

그래서 과학자들은 레이저를 이용해 반 수소 원자가 이동하는 속도에 맞춰 광자를 완벽한 주파수에 맞추려고 노력했습니다.

 

그리고 약 12번의 시도 끝에 시간당 약 300km의 속도로 이동하는 입자를 시간당 50km의 속도 아래로 늦추는데 성공하게 되었습니다.

 

즉, 전례가 없을 정도의 정밀도를 가진 레이저를 개발하여 반물질의 움직임을 제어하는데 성공한 겁니다.

 

이를 통해 과학자들은 과거와 비교도 할 수 없을 정도의 수준으로 반입자를 살펴볼 수 있게 되었습니다.

 

뿐만 아니라 이 기술이 더 발전된다면 반물질의 속도를 더욱 늦춰 진정한 반물질의 비밀을 들여다 볼 수 있게 될 겁니다.

 

반물질이 중력에 어떻게 반응하는지, 왜 일반 물질이 반물질보다 더 많은지 등의 오래된 비밀을 말이죠.

 

그리고 어쩌면 그동안 하나의 가설에 불과했던 거울 우주, 시간의 역전 그리고 반우주(반대의 우주)까지 찾을 수 있게 될지도 모릅니다.

 

무엇보다 확실한건 반물질의 연구는 우주에 대한 우리의 이해를 근본적으로 바꾸어 놓을 겁니다.

 

 

 

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