우주 난제 물질-반물질 비대칭, '중입자'에서 첫 확인

작성일 07-18

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         <section dmcf-sid="WQMA2CphRk">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="51d747fac763a2966f31bfc73acdb87cac8dfc3dddfa5c5bccb245db28bef422" dmcf-pid="YcETLFP3ic" 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. 게티이미지뱅크 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/18/dongascience/20250718102904641vrlz.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="y04Lzw5rdE" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/18/dongascience/20250718102904641vrlz.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. 게티이미지뱅크 제공
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          <p contents-hash="665b0b25ffa2c20ce4169e92c6a80bf3a952b7a98f102ff1d91b39d9e5551038" dmcf-pid="GkDyo3Q0RA" 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.</p>
          <p contents-hash="76692536257843b67baee56475e6344da227754a034896928d5f819b0c08f1e3" dmcf-pid="HEwWg0xpnj" 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="4ab9e04b59f5471dd78b850eba1e0a7b996022ef7bc2640fa8972dab652a6bf5" dmcf-pid="XDrYapMUeN" 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="9d427666b0f7431c147f4d4bafb5459b0390e18c9c50c6805a8330628049ca70" dmcf-pid="ZwmGNURuea" 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="5rsHjue7ng" 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="ff8e4f1c465f359969c069b4df599f5c765c9890c6488b4626aece3517e0e4b2" dmcf-pid="1mOXA7dzMo" 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="d81bec89eb8996bca420bd929730b3a0cd77f3e166f7f3ab9d27f9513b04b125" dmcf-pid="tsIZczJqeL" 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 남아있기 때문이다.</p>
          <p contents-hash="b5084cb0843ab911530ce161916e0c2069354818f4e2a808a358385d9cc3d086" dmcf-pid="FOC5kqiBen" 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 수'의 합이 보존되지 않는다는 '바리온 수 위반', 초기 우주가 열평형 상태에서 벗어나 있었어야 한다는 '열평형 이탈 조건'도 입증돼야 한다.</p>
          <p contents-hash="45f75023e6e615c4f823bf5e194c2f367aeb4400392a89dac80504e1198faeaf" dmcf-pid="3Ih1EBnbni" 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="d5f55b1922a95d18b91378c858bb75ef86308cd59641e8b949971b1e842e6649" dmcf-pid="0CltDbLKdJ" dmcf-ptype="general">&lt;참고 자료&gt;<br> - doi.org/10.1038/s41586-025-09119-3</p>
          <p contents-hash="c7b7edbb46015e68d7f2149cffc9b045a574eed02fa17e5873d3ff0414ba2214" dmcf-pid="pX5bvxwMdd" dmcf-ptype="general">[이병구 기자 2bottle9@donga.com]</p>
         </section> 
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        <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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