네이처에 따르면 지난 3월 24일 유럽입자물리연구소(CERN) 연구팀은 반양성자 92개를 특수병에 담아 자기장을 이용해 포착했다. 병을 운반한 트럭은 스위스 제네바 외곽의 CERN 연구소 부지를 따라 30분간 주행했습니다.
많은 직원들이 반양성자를 운반하는 트럭을 촬영하기 위해 휴대폰과 카메라를 들고 나왔습니다. 공원 내에서 8km 이상을 이동했으며 최고 속도는 시속 42km에 달했습니다.
"이것은 인간이 한 번도 해본 적이 없는 일이며 역사적으로 중요한 일입니다." 연구팀의 일원이자 독일 뒤셀도르프 대학교(HHU)의 물리학자인 Stefan Ulmer는 말했습니다.
CERN은 반양성자를 대량으로 생산할 수 있는 세계 유일의 곳입니다. '반물질 공장'인데 여기는 너무 '바빠'요. 위 실험의 궁극적인 목표는 반양성자를 실험적 소음의 영향을 받지 않는 장소로 이동시켜 보다 정확하게 연구할 수 있도록 하는 것입니다.
반물질은 물질과 동등하고 반상태이다. 둘이 만나면 서로를 소멸시키며 완전히 에너지로 변환되기 때문에 반물질을 저장하거나 이동시키는 것이 극도로 어렵다.
CERN은 조밀한 금속 조각에 양성자 빔을 충돌시킨 다음 전기장과 자기장을 사용하여 속도를 늦추고 생성된 반양성자를 포착하여 반물질을 생성합니다. 이 과정은 힘들고 대부분의 입자가 과정에서 손실됩니다. 반물질 1g을 생성하는 데는 수조 달러가 소요되며 반물질이 소멸되면 핵폭탄만큼의 에너지가 방출될 것이라고 Ulmer는 말했습니다. CERN의 현재 생산 속도로 볼 때, 그렇게 많은 반물질을 축적하려면 우주 나이의 10배가 필요합니다.
연구를 주도한 HHU의 물리학자 크리스티안 스모라(Christian Smorra)는 30여년 전에 반물질 공장을 만든 물리학자들은 언젠가 반물질을 운반하는 꿈을 꾸었다고 말했습니다.
이를 위해 연구팀은 입자가 물질을 담는 용기 측벽에 절대 닿지 않도록 휴대용 입자 트랩을 개발했다. 이는 초전도 자석 시스템에 전력을 공급하고 극저온 기술을 사용하여 이를 4켈빈(섭씨 -269도)까지 냉각하는 것을 의미합니다. 운송 중에 반물질이 물질의 떠다니는 입자와 만나 소멸되는 것을 방지하기 위해 병은 매우 단단한 진공 환경에 보관되어야 하며, 모든 장비는 운송 중에 생성되는 힘을 견딜 수 있어야 합니다. 연구팀은 운전석에서 반양성자 상황을 확인할 수 있는 감지기도 설치했다.팀의 다음 단계는 반물질을 CERN의 다른 건물로 옮기는 것입니다. 그곳에서 반양성자를 다른 함정으로 옮기는 연습을 할 수 있습니다. 이후 연구팀은 반양성자를 약 700km 떨어진 뒤셀도르프로 수송할 계획이다. 2029년경 HHU팀은 현재 건설 중인 새로운 실험실을 이용해 이를 연구할 예정이다. 극도로 정밀하게 반양성자의 질량을 측정하려면 물리학자들은 자기장에서의 반양성자의 활동을 측정해야 하지만 "반물질 공장"은 변동하는 자기 잡음으로 가득 차 있습니다. 새로운 위치로 이동하면 측정 정확도가 10~1,000배 향상될 수 있습니다.
영국 리버풀 대학의 물리학자인 타라 시어스(Tara Shears)는 반물질은 가장 깨지기 쉬운 물질 유형이므로 이를 저장하는 것은 운반은 물론이고 기술적으로도 놀라운 일이라고 말했습니다. "CERN이 반물질 '테이크아웃' 플랫폼이 된다는 아이디어에 감사드립니다."