연구자와 과학자들에게 가장 큰 수수께끼 중 하나는 우주의 형성입니다. 최근 유럽입자물리연구소(CERN)에서는 빅뱅 이후 단 1초 만에 우주에서 일어난 사건에 대한 정보를 최초로 제공할 수 있는 새로운 입자인 액시온을 발견하기 위해 노력하고 있습니다.
이 기사에서는 당신이 알아야 할 모든 것을 알려줄 것입니다. 빅뱅을 설명할 수 있는 입자, 액시온(axion).
액시온과 암흑물질
1970년대 물리학자 로베르토 페세이(Roberto Peccei)와 그의 동료 헬렌 퀸(Helen Quinn)이 처음 제안한 액시온은 쿼크와 글루온 사이의 상호 작용을 설명하는 이론인 양자 색역학(QCD) 내의 문제를 해결하기 위한 이론적 틀에서 나온 기본 입자입니다. . 이 질문은 "패리티 보존 문제"에 속하며, 이는 특정 특성이 핵 상호 작용에 의해 변경되지 않은 상태로 유지되어야 함을 나타냅니다. 액시온의 도입은 이러한 대칭을 재설정하는 메커니즘 역할을 합니다.
액시온의 가장 주목할만한 특징 중 하나는 우주 전체 질량의 약 27%를 차지하는 암흑물질. 암흑 물질은 빛이나 방사능을 방출하지 않으므로 보이지 않으며 중력 영향을 통해서만 관찰할 수 있습니다. 만약 액시온이 존재한다는 것이 입증된다면, 그것은 우주 전체에 풍부할 수 있으며, 극도로 가볍고 탐지하기 어려운 입자라는 암흑 물질의 파악하기 어려운 특성에 대한 정당성을 제공할 수 있습니다.
빅뱅과 축삭입자
우주의 형성을 시작한 빅뱅으로 알려진 원시 폭발은 수많은 우주론 모델과 이론에 의해 조사된 사건입니다. 빅뱅 직후에는 다양한 입자와 방사선이 출현했다고 믿어진다. 만약 액시온이 존재한다면, 이 초기 단계에서 상당한 수의 액시온이 생성되어 우주의 진화에 중요한 역할을 했을 것입니다.
Axion 연구는 중요합니다 암흑 물질뿐만 아니라 우주 형성 단계에서 우주에 대한 이해를 향상시키기 위해. 빅뱅은 다양한 입자를 생성했기 때문에 액시온의 존재 가능성은 물질과 에너지의 역사적 조직에 대한 정보를 제공할 수 있습니다.
우주의 역사에 관해 우리는 어떤 정보를 갖고 있나요?
오늘날, 우주 마이크로파 배경(CMB)의 전자기 스펙트럼 분석을 통해 과학자들은 양성자와 전자가 처음으로 결합할 수 있을 만큼 우주가 냉각된 때까지 거의 14억년을 추적할 수 있었습니다. 그 결과 중성수소가 형성되었다.
우주 마이크로파 배경(CMB) 관측에서 검출된 광자는 빅뱅 이후 400.000만 년 후에 방출되었기 때문에 이 시점 이전의 우주 역사를 결정하는 것은 극히 어렵습니다.
그러나 영국 연구자 3명이 액시온(axion)으로 알려진 입자의 존재 가능성을 나타내는 이론을 제안했습니다. 그것은 우주 역사의 초기 순간에 방출되었을 수 있습니다. 이 입자는 여전히 가설로 남아 있지만, 액시온이 실제로 우주 내에 존재할 수 있다고 믿을 만한 많은 이유가 있습니다.
액시온이란 정확히 무엇입니까?
액시온은 아직 가설이지만 현대 입자 이론 내에서 특정 복잡한 문제를 해결할 수 있는 이론적 기본 입자입니다.
액시온의 존재는 물질과 반물질 사이의 균형과 관련된 강력한 CP 대칭 문제를 해결하는 데 도움이 될 것입니다. 사실, 이는 물질과 반물질의 속성이 놀라울 정도로 유사하다는 점을 자연스럽게 설명할 수 있습니다. 우주에서 반물질에 비해 물질이 우세하다는 정보를 제공합니다.
Axions는 신비한 "암흑 물질"에 대한 정보를 제공할 수 있습니다. 우주의 23%를 차지한다. 연구에 따르면 이러한 입자는 빅뱅 직후 등장한 보이지 않는 물질, 즉 암흑 물질에 기여할 수 있는 가장 유망한 후보 중 하나를 나타냅니다.
암흑 물질의 맥락에서 액시온과 그 역할
암흑물질은 빅뱅 이후 대량으로 생성된 액시온(axion)으로 구성되었을 가능성을 고려해, 액시온 암흑물질을 조속히 규명하기 위해 연구자들은 열심히 노력하고 있다.
Physical Review D에 발표된 논문에서는 암흑 물질 탐지를 목표로 하는 보다 민감한 장비의 발전이 의도치 않게 액시온의 또 다른 지표를 발견하게 될 수 있다고 제안합니다. CaB로 알려져 있습니다. 이 용어는 우주 마이크로파 배경(CMB)과 유사한 축을 나타내며 우주 축 배경이라고 합니다. 그러나 CaB와 암흑물질 축삭 사이의 특성 유사성으로 인해 실험 설정에서 CaB 신호가 잡음으로 무시될 위험이 있습니다.
과학자들에게 CaB의 식별은 이중 발견을 의미합니다.. 이는 액시온의 존재를 입증할 뿐만 아니라 초기 우주의 새로운 유물을 과학계에 제공할 것입니다. CaB가 생성되는 방법은 우주의 형성과 진화에 대해 지금까지 알려지지 않은 측면을 밝힐 수 있습니다.
액시온을 검출하는 방법
CERN이 수행한 실험은 액시온을 탐지하는 것을 목표로 했습니다. 액시온 입자를 식별하기 위해 고안된 실험에는 강한 자기장 내에 배치된 액시온의 질량에 대해 보정된 공명 마이크로파 공동의 사용이 포함됩니다. 이 방법론은 현재 워싱턴 대학의 ADMX 실험에 사용되고 있으며 액시온을 탐지할 가능성이 있습니다., 암흑 물질이 완전히 액시온으로 구성된 경우.
액시온을 탐지하는 또 다른 방법은 태양 내에서 생성된 액시온을 식별하도록 특별히 설계된 헬리콥터를 사용하는 것입니다. 이는 매우 낮은 배경을 갖는 X선 탐지기와 결합된 강력한 자석을 사용하여 달성됩니다. 현재까지 액시온에 대한 증거는 발견되지 않았지만, 사라고사 대학 연구자들의 공헌이 포함된 CAST 실험은 천체물리학적 한계를 극복하고 이전에 탐험되지 않았던 탐사 지역을 열었습니다.