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반물질은 어디로 갔을까

Miqo 편집팀 · 출처 1개

무엇이 문제일까요

모든 입자에는 전하가 반대인 쌍둥이 입자가 있어요. 두 입자가 만나면 사라지면서 복사 에너지로 바뀌어요. 뜨거웠던 초기 우주에서는 이런 쌍이 끊임없이 생겨나고 사라졌고, 대칭적인 법칙에 따르면 최종적으로 아무것도 남지 않아야 했어요.

  1. 쌍이 생겨나요
  2. 쌍이 소멸해요
  3. 복사 에너지만 남아야 해요
  4. 하지만 물질이 남았어요

불균형의 규모는 이렇게 추정해요. 서로 소멸한 10억 쌍마다 물질 입자가 대략 1개 더 있었던 거예요. 별과 우리 자신을 포함해 우리가 주변에서 보는 모든 것은 이 작은 초과분의 잔재예요.

무엇이 필요할까요

불균형이 생길 수 있는 조건은 오래전에 정리됐어요. 자연법칙이 물질과 반물질에 약간 다르게 작용해야 하고, 물질과 반물질의 양을 바꾸는 과정이 존재해야 하며, 이 모든 일이 평형 상태가 아닌 곳에서 일어나야 해요.

첫 번째 조건은 부분적으로 충족됐어요. 일부 입자를 대상으로 한 실험에서 실제로 행동의 작은 차이가 보이거든요. 문제는 발견된 차이가 턱없이 부족하다는 거예요. 관측된 불균형을 설명하는 데 필요한 수준보다 수백만 배나 작아요.

비대칭은 확실히 측정됐지만, 원인은 밝혀지지 않았어요

그래서 이런 결론에 이르게 돼요. 물질이 남았다는 사실에는 의심의 여지가 없어요. 우리를 이루는 것이 바로 물질이니까요. 하지만 설명은 아직 없고, 이는 물리학의 주요 미해결 문제 중 하나예요.

어디를 살펴보고 있을까요

연구자들은 몇 가지 가능성을 확인하고 있어요. 입자와 반입자의 행동에서 더 큰 차이를 찾고, 비정상적으로 행동할 수 있는 중성미자를 연구하며, 초기 우주에서 불균형을 보이며 붕괴한 새로운 무거운 입자를 찾고 있어요.

아주 단순한 가정도 확인하고 있어요. 반물질이 어딘가 다른 영역에 존재하는 건 아닐까요? 현재까지 이를 뒷받침하는 증거는 없어요. 그런 영역의 경계에서는 소멸로 인한 강력한 복사 에너지가 발생할 텐데, 그런 복사 에너지가 관측되지 않았거든요.

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1분만 더 읽으면 돼요. 마지막에는 퀴즈가 있어요. “우주 → 우주의 시작”에서 찾을 수 있어요

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출처

  1. 물질의 초과분이 생기는 데 필요한 조건은 안드레이 사하로프가 1967년에 정리했어요. 알려진 과정에서 관측되는 대칭성 위반만으로는 비대칭을 설명하기에 충분하지 않아요