.NEWS Mind-Bending Abilities: Uncovering Bizarre Quantum Properties of Black Holes
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.NEWS Mind-Bending Abilities: Uncovering Bizarre Quantum Properties of Black Holes
놀라운 능력: 블랙홀의 기이한 양자 속성 밝혀내기
주제:천체물리학블랙홀양자 역학양자 물리학퀸즐랜드 대학교 2022년 11월 3일 퀸즐랜드 대학교 대량 양자화 블랙홀 NightCafe Creator AI를 사용하여 생성된 대량 양자화된 블랙홀의 그림. 크레딧: 퀸즐랜드 대학교
동시에 서로 다른 질량을 가질 수 있는 놀라운 능력을 포함하여 블랙홀의 기이한 양자 특성이 퀸즐랜드 대학교(UQ) 물리학자들에 의해 확인되었습니다. 이론 물리학자 팀은 놀라운 블랙홀 양자 현상 을 나타내는 계산을 실행했습니다 . 이 연구는 UQ가 이끌고 박사 후보인 Joshua Foo가 이끌었습니다. "블랙홀은 우리 우주의 믿을 수 없을 정도로 독특하고 매혹적인 특징입니다."라고 푸가 말했습니다.
“그들은 중력이 엄청난 양의 물질을 믿을 수 없을 정도로 조밀하게 작은 공간으로 압축할 때 만들어지며, 너무 많은 중력을 일으켜 빛조차 빠져나갈 수 없습니다. “죽어가는 별이 촉발할 수 있는 현상입니다. 그러나 지금까지 우리는 블랙홀이 양자 물리학의 이상하고 놀라운 행동을 보이는지 여부를 깊이 조사하지 않았습니다. “그런 거동 중 하나는 중첩입니다.
여기서 양자 규모의 입자는 동시에 여러 상태로 존재할 수 있습니다. 이것은 죽은 동시에 살아있을 수 있는 슈뢰딩거의 고양이에 의해 가장 일반적으로 설명됩니다. “그러나 블랙홀의 경우, 우리는 블랙홀이 동시에 엄청나게 다른 질량을 가질 수 있는지 확인하고 싶었고, 결과는 그렇게 되었습니다. “당신이 키가 크고 키가 크며 키가 작은 동시에 마른다고 상상해 보십시오. 우리가 전통적인 물리학의 세계에 고정되어 있기 때문에 직관적으로 혼란스러운 상황입니다. "하지만 이것이 양자 블랙홀의 현실입니다."
"우주는 우리 대부분이 상상할 수 있었던 것보다 항상 더 이상하고 신비하며 매혹적이라는 것을 우리에게 보여주고 있습니다." — 막달레나 지크 박사 이 놀라운 현상을 밝히기 위해 물리학 팀은 이론적인 질량 중첩 블랙홀 외부에 입자를 "배치"할 수 있는 수학적 프레임워크를 개발했습니다. 구체적으로 질량은 블랙홀을 정의하는 특징이며, 양자 블랙홀이 자연적으로 질량 중첩을 가질 가능성이 있기 때문에 살펴보았다. 연구 공동 감독자인 Dr. Magdalena Zych는 이 연구가 실제로 양자 물리학의 선구자들이 제기한 추측을 뒷받침한다고 말했습니다.
-그녀는 “우리 연구는 블랙홀 열역학의 기초에 근본적인 공헌을 한 미국과 이스라엘의 이론 물리학자인 Jacob Bekenstein의 초기 이론이 돈에 있었다는 것을 보여줍니다.”라고 말했습니다. "그는 블랙홀이 특정 값의 질량만 가질 수 있다고 가정했습니다. 즉, 특정 밴드 또는 비율 내에 있어야 합니다 . 예를 들어 이것이 원자 의 에너지 준위가 작동하는 방식입니다. “우리의 모델링은 이러한 중첩된 질량이 실제로 Bekenstein이 예측한 대로 특정 결정된 밴드 또는 비율에 있음을 보여주었습니다. “우리는 그러한 패턴이 있을 것이라고 가정하지 않았기 때문에 우리가 이 증거를 발견했다는 사실은 매우 놀라운 일이었습니다.
"우주는 우리 대부분이 상상할 수 있었던 것보다 항상 더 이상하고 신비하며 매혹적이라는 것을 우리에게 보여주고 있습니다." 이 연구는 Physical Review Letters 저널에 게재되었습니다 .
참조: Joshua Foo, Cemile Senem Arabaci, Magdalena Zych 및 Robert B. Mann의 "블랙홀 질량 중첩의 양자 서명", 2022년 10월 28일, Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.181301
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메모 2211060643 나의 사고실험 oms 스토리텔링
블랙홀이 특정 값의 질량만 가질 수 있다고 가정된다면 그 값은 oms=1이다. 1+1=2가 블랙홀 별()의 최소 단위이다. 1-1=0 중성자 별의 값이다. 샘플a.oms에서 vix와 vixxer(smola)가 상호 호환관계를 이루려는 동급 별의 패턴을 가져야 한다. vix_star=~~=smola_star, 허허.
Sample a.oms (standard)
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0001100000
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000000q0000
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sample c.oss(standard)
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“Our research shows that the early theory of American and Israeli theoretical physicist Jacob Bekenstein, who made a fundamental contribution to the foundations of black hole thermodynamics, was in money,” she said. “He hypothesized that black holes can only have certain values of mass, that is, they must be within certain bands or proportions. For example, this is how the energy levels of atoms work. “Our modeling shows that these superimposed masses are actually It showed that in certain determined bands or proportions, as Bekenstein predicted: “We did not assume that there would be such a pattern, so it was very surprising that we found this evidence.
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memo 2211060643 my thought experiment oms storytelling
If it is assumed that a black hole can only have a certain value of mass, that value is oms=1. 1+1=2 is the smallest unit for a black hole star (). 1-1=0 is the value of a neutron star. In sample a.oms, vix and vixxer (smola) should have the same star pattern to achieve mutual compatibility. vix_star=~~=smola_star, heh heh.
Sample a.oms (standard)
b0acfd 0000e0
000ac0 f00bde
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sample b.qoms(standard)
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sample c.oss(standard)
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.Physicists Create First Quasiparticle Bose-Einstein Condensate – The Mysterious “Fifth State” of Matter
물리학자들이 최초의 준입자 보스-아인슈타인 응축물을 생성 - 물질의 신비한 "제5 상태"
주제:보스-아인슈타인 응축물양자 컴퓨팅준입자반도체도쿄대학 2022년 11월 5일 도쿄 대학 추상 물리학 입자 운동 개념 처음으로 연구원들은 준입자로 만든 보스-아인슈타인 응축물을 만들었습니다. (추상 작가의 개념.) NOVEMBER 5, 2022
물리학자들은 준입자로 만든 최초의 보스-아인슈타인 응축물(물질의 신비한 "제5 상태")을 만들었습니다. 이들은 여전히 전하 및 스핀과 같은 기본 입자 속성을 가질 수 있지만 기본 입자로 계산되지 않는 개체입니다. 수십 년 동안, 준입자가 실제 입자와 같은 방식으로 보스-아인슈타인 응축을 겪을 수 있는지 여부는 알려지지 않았으며 이제는 그럴 수 있는 것으로 보입니다.
이 발견은 양자 컴퓨팅 을 포함한 양자 기술의 발전에 중대한 영향을 미칠 것으로 예상 된다. 절대 영도 보다 약간 높은 온도에서 달성된 물질 생성 과정을 설명하는 논문이 최근 Nature Communications 저널에 게재되었습니다 . 보스-아인슈타인 응축물은 때때로 고체, 액체, 기체 및 플라즈마와 함께 물질의 다섯 번째 상태로 설명됩니다. 20세기 초에 이론적으로 예측된 보스-아인슈타인 응축물, 또는 BEC는 1995년에야 실험실에서 생성되었습니다. 그들은 또한 아마도 가장 이상한 물질 상태일 것입니다.
벌크 반도체에서 여기자의 보스-아인슈타인 축합물 관찰 극저온 희석 냉장고에 있는 장치의 클로즈업 사진. 사진 중앙에 있는 짙은 붉은색 입방정은 산화제1구리이다. 수정 뒤에 배치된 아연 셀레나이드 메니스커스 렌즈는 대물 렌즈입니다. 막대와 결정 아래의 스테이지는 여기자의 트랩 전위로 작용하는 결정에 불균일한 변형장을 생성하는 데 사용됩니다. 제공: 모리타 유스케,
요시오카 코스케, 쿠와타 고노카미 마코토, 도쿄 대학 BEC는 원자 그룹이 절대 영도보다 10억분의 1도 이내로 냉각될 때 발생합니다. 연구원들은 일반적으로 루비듐 원자로 구성된 가스의 온도를 꾸준히 낮추기 위해 레이저와 "자석 트랩"을 사용합니다.
-이 극저온의 온도에서 원자는 거의 움직이지 않고 매우 이상한 행동을 보이기 시작합니다. 그들은 거의 레이저의 일관된 광자와 같은 동일한 양자 상태를 경험하고 함께 덩어리지기 시작하여 하나의 구별할 수 없는 "슈퍼 원자 "와 같은 부피를 차지합니다 . 원자의 집합은 본질적으로 단일 입자처럼 행동합니다. 현재 BEC는 많은 기초 연구의 대상으로 남아 있으며 응집 물질 시스템을 시뮬레이션하지만 원칙적으로 양자 정보 처리에 응용할 수 있습니다. 양자 컴퓨팅은 아직 개발 초기 단계에 있으며 다양한 시스템을 사용합니다.
-그러나 그것들은 모두 동일한 양자 상태에 있는 양자 비트 또는 큐비트에 의존합니다. 대부분의 BEC는 일반 원자의 희석 가스로 제조됩니다. 그러나 지금까지 이국적인 원자로 만든 BEC는 달성된 적이 없습니다. 외래 원자는 전자 또는 양성자와 같은 하나의 아원자 입자가 동일한 전하를 갖는 다른 아원자 입자로 대체된 원자입니다. 예를 들어, 양전자는 전자와 양전하를 띤 반입자인 양전자로 구성된 이국적인 원자입니다.
준입자 보스-아인슈타인 응축 실험 극저온 희석 냉장고 희석냉장고 중앙의 시료대에 산화제일구리 결정(적색 입방체)을 놓았다. 연구원들은 4방향에서 샘플 스테이지에 대한 광학적 접근을 허용하는 냉장고의 실드에 창문을 부착했습니다.
두 방향의 창은 가시 영역의 여기광(주황색 실선)과 paraexciton의 발광(노란색 실선)의 투과를 허용했습니다. 다른 두 방향의 창은 유도 흡수 이미징을 위한 프로브 빛(파란색 실선)의 투과를 허용했습니다. 들어오는 열을 줄이기 위해 연구원들은 개구수를 최소화하고 특정 창 재료를 사용하여 창을 신중하게 설계했습니다. 창을 위한 이러한 특수 설계와 극저온 희석 냉장고의 높은 냉각력은 64밀리켈빈의 최저 기본 온도를 구현하는 데 도움이 되었습니다. 제공: 모리타 유스케, 요시오카 코스케, 쿠와타 고노카미 마코토, 도쿄 대학 "엑시톤"은 또 다른 예입니다. 빛이 반도체에 부딪힐 때 에너지는 전자를 "여기"하여 원자의 원자가 수준에서 전도 수준으로 점프하기에 충분합니다. 이 여기된 전자는 전류에서 자유롭게 흐릅니다. 본질적으로 빛 에너지를 전기 에너지로 변환합니다.
음전하를 띤 전자가 이 점프를 수행할 때 남겨진 공간 또는 "구멍"은 양전하를 띤 입자처럼 처리될 수 있습니다. 음의 전자와 양의 정공은 끌어당겨서 함께 결합됩니다. 결합된 이 전자-정공 쌍은 여기자(exciton)라고 하는 전기적으로 중성인 "준입자"입니다. 준 입자는 입자 물리학의 표준 모델의 17개 기본 입자 중 하나로 계산되지 않지만 여전히 전하 및 스핀과 같은 기본 입자 특성을 가질 수 있는 입자와 같은 개체입니다. 엑시톤 준입자는 또한 하나의 양의 양성자를 하나의 양의 구멍으로 대체한 사실상 수소 원자이기 때문에 외래 원자로 설명될 수 있습니다. 엑시톤은 두 가지 맛이 있습니다. 전자의 스핀이 정공의 스핀과 평행한 직교 엑시톤과 전자 스핀이 정공의 스핀과 역평행(평행하지만 반대 방향)인 파라엑시톤입니다. 전자-정공 시스템은 전자-정공 플라즈마 및 엑시톤 액적과 같은 물질의 다른 상을 생성하는 데 사용되었습니다 .
연구원들은 엑시톤으로 BEC를 만들 수 있는지 확인하기를 원했습니다. 엑시톤에 관련된 물리적 프로세스 개략도 연구원들은 샘플(빨간색 큐브) 아래에 설정된 렌즈를 사용하여 불균일한 응력을 가했습니다. 불균일한 응력은 여기자의 트랩 전위로 작용하는 불균일한 변형장을 생성합니다. 여기 빔(주황색 실선)은 샘플의 트랩 전위 바닥에 집중되었습니다. 여기자(노란색 구)는 하나의 전자(파란색 구)와 하나의 정공(빨간색 구)으로 구성됩니다. 팀은 발광(노란색 음영) 또는 프로브 빛의 차동 투과(파란색 음영)로 여기자를 감지했습니다. 샘플 뒤에 설정된 대물 렌즈는 여기자로부터 발광을 수집했습니다. 프로브 빔도 대물 렌즈를 통해 전파되었습니다. 제공: 모리타 유스케, 요시오카 코스케, 쿠와타 고노카미 마코토, 도쿄 대학
Makoto Kuwata는 “3차원 반도체에서 엑시톤 축합물을 직접 관찰하는 것은 1962년에 처음으로 이론적으로 제안된 이후 많은 관심을 받아왔습니다. 준입자가 실제 입자와 동일한 방식으로 보스-아인슈타인 축합을 겪을 수 있는지 여부는 아무도 알지 못했습니다.”라고 말했습니다. 도쿄 대학의 물리학자이자 이 논문의 공동 저자인 고노카미(Gonokami)는 "저온 물리학의 성배입니다." 연구원들은 구리와 산소의 화합물인 산화제1구리(Cu 2 O) 에서 생성된 수소와 유사한 파라 엑시톤이 긴 수명 때문에 벌크 반도체에서 엑시톤 BEC를 제조하기 위한 가장 유망한 후보 중 하나라고 생각했습니다. 약 2K의 액체 헬륨 온도에서 파라엑시톤 BEC를 생성하려는 시도가 1990년대에 이루어졌지만 여기자로부터 BEC를 생성하기 위해서는 그보다 훨씬 낮은 온도가 필요하기 때문에 실패했습니다.
Orthoexciton은 수명이 너무 짧기 때문에 낮은 온도에 도달할 수 없습니다. 그러나 Paraexciton은 BEC의 원하는 온도까지 냉각하기에 충분히 긴 수백 나노초 이상의 매우 긴 수명을 갖는 것으로 실험적으로 잘 알려져 있습니다. 팀은 2개의 헬륨 동위원소를 혼합하여 냉각하는 극저온 장치인 희석 냉장고를 사용하여 400밀리켈빈 미만의 Cu 2 O 벌크에서 paraexciton을 포획할 수 있었고 , 이는 양자 컴퓨터를 실현하려는 과학자들이 일반적으로 사용합니다. 그런 다음 적외선 범위의 중간에 있는 빛을 사용하는 현미경 유형인 중적외선 유도 흡수 이미징을 사용하여 실제 공간에서 엑시톤 BEC를 직접 시각화했습니다. 이를 통해 팀은 엑시톤의 밀도와 온도를 포함한 정밀 측정을 수행하여 엑시톤 BEC와 일반 원자 BEC 간의 차이점과 유사점을 표시할 수 있었습니다. 그룹의 다음 단계는 엑시톤 BEC가 벌크 반도체에서 어떻게 형성되는지에 대한 역학을 조사하고 엑시톤 BEC의 집합적 여기를 조사하는 것입니다.
그들의 궁극적인 목표는 엑시톤 BEC 시스템을 기반으로 하는 플랫폼을 구축하여 양자 특성을 더 자세히 설명하고 환경과 강하게 결합된 큐비트의 양자 역학에 대한 더 나은 이해를 개발하는 것입니다.
참고 자료: "Observation of Bose-Einstein condensates of exciton in a bulk semiconductor", Yusuke Morita, Kosuke Yoshioka 및 Makoto Kuwata-Gonokami, 2022년 9월 14일, Nature Communications . DOI: 10.1038/s41467-022-33103-4
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메모 2211061659 나의 사고실험 oms 스토리텔링
준입자가 생성되는 곳은 샘플b.qoms이다. 이곳에서는 두개의 집단 배열이 중첩을 통해 1+1=2 oms 단위가 된다. 일반적인 준단위는 샘플b.poms의 거대소수와 같은 독자적인 패턴을 가진다.
그리고 단위가 소인수분해 처럼 n.oms(1111111111111111111111111111... 조합의 합)을 이루기도 한다. 허허.
이는 우리 우주의 자연계에서 존재하는 준입자들이 아니다. 다중우주의 쿼크들의 복셀 조합일 수 있다. 허허.
Sample a.oms (standard)
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sample b.qoms(standard)
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sample b.poms(standard)
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- At this cryogenic temperature, the atoms hardly move and begin to exhibit very strange behavior. They experience the same quantum state almost as the coherent photons of a laser and begin to clump together, occupying the same volume as one indistinguishable "super atom". A collection of atoms essentially behaves like a single particle. Currently, BEC remains the subject of many basic studies and simulates condensed matter systems, but in principle it has applications in quantum information processing. Quantum computing is still in its infancy and uses a variety of systems.
-But they all depend on quantum bits or qubits that are in the same quantum state. Most BECs are manufactured from dilute gases of ordinary atoms. But so far, BEC made from exotic atoms has never been achieved. A foreign atom is an atom in which one subatomic particle, such as an electron or proton, has been replaced by another subatomic particle of the same charge. For example, a positron is an exotic atom that consists of an electron and a positively charged anti-electron, the positron.
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memo 2211061659 my thought experiment oms storytelling
The place where quasi-particles are generated is sample b.qoms. Here, the two population arrays are 1+1=2 oms units by nesting. Common subunits have their own pattern, such as the large prime number in sample b.poms.
And the unit forms n.oms (111111111111111111111111111... sum of combinations) like prime factorization. haha.
These are not quasi-particles that exist in the natural world of our universe. It may be a voxel combination of quarks in the multiverse. haha.
Sample a.oms (standard)
b0acfd 0000e0
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sample b.qoms(standard)
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sample c.oss(standard)
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.The direct measurement of a proton's generalized polarizabilities in the strong quantum chromodynamics regime
강한 양자 색역학 체제에서 양성자의 일반화된 분극성의 직접 측정
잉그리드 파델리, Phys.org 불변 질량 W의 함수로서의 양성자 스핀 구조 함수 g2. 각 패널은 일정한 운동량 전달 Q2(왼쪽 상단 모서리의 값)로 조정됩니다. 이 Q2 값은 GeV2 단위로 표시됩니다. 오차 막대는 통계적이며 최종 분석을 통해 원시 측정 카운트의 표준 편차를 전파한 결과입니다. 음영 영역은 본문에서 논의된 바와 같이 비편극 모델 계통 및 희석 계수에 의해 지배되는 계통 불확실성을 나타냅니다. 검은색 점선은 현상학적 Hall B 모델34,35을 나타냅니다. 회색 선은 데이터의 부호 변화를 더 쉽게 구별하기 위해 0을 나타냅니다. 크레딧: Ruth et al Nature Physics (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01781-y NOVEMBER 4, 2022
-양자 색역학은 글루온에 의해 매개되는 쿼크 간의 강한 상호작용을 탐구하는 연구 분야입니다. 쿼크는 전하를 띠는 소립자이며, 이는 강입자 및 양성자와 같은 복합 입자의 구성 요소입니다. 양자 색역학 체제에서 강한 상호 작용 의 일부 측면은 특히 낮은 에너지와 낮은 운동량 전달에서의 상호 작용과 관련하여 여전히 제대로 이해되지 않고 있습니다. 핵자의 일반화된 분극성(즉, 양자 색역학에서 외부 장에 대한 핵자의 반응을 설명하는 기본 양)에 대한 예측을 하는 한 이론은 키랄 섭동 이론입니다.
-키랄 섭동은 양자 색역학의 추정된 키랄 대칭과 일치하는 효과적인 장 이론입니다. 이 이론은 특히 기본 키랄 대칭 측면에서 양자 색역학 영역에서 저에너지 상호 작용을 연구하는 데 자주 사용됩니다. 뉴햄프셔 대학교, 버지니아 대학교, 윌리엄 앤 메리 대학교 및 미국과 중국의 다른 연구소의 연구원들은 최근 실험 환경에서 키랄 섭동 이론의 예측을 테스트했습니다. Nature Physics 에 발표된 그들의 논문 은 강력한 양자 색역학 체제에서 양성자의 스핀 구조와 일반화된 분극성에 대한 측정을 제공합니다.
이 연구를 수행한 연구원 중 한 명인 칼 슬리퍼(Karl Slifer)는 Phys.org에 "질량, 전하 등 양성자의 특성을 요약하는 특성은 소수에 불과합니다."라고 말했습니다. "모든 가시 물질에서 기본 입자로서의 양성자의 역할을 고려할 때 이러한 몇 가지 특성을 잘 이해하는 것이 매우 중요합니다. 약 10년 전에 일반화된 스핀 분극성으로 알려진 이러한 양 중 하나에 대한 이론적 이해가 분명해졌습니다. 매우 불만족스럽습니다." Slifer와 그의 동료들이 수행한 최근 연구의 주요 목표는 일반화된 양성자의 스핀 분극성을 신뢰할 수 있는 방식으로 측정하는 것이었습니다. 이를 위해 그들은 입사 전자빔의 방향에 수직인 강한 자기장을 가진 고체 극성 암모니아(NH 3 ) 타겟을 사용했습니다. Slifer는 "우리의 설계는 빔이 대상으로 가는 도중 필드를 통과할 때 빔의 큰 편향을 유발합니다"라고 설명했습니다. "따라서 타겟에 빔을 전달하는 데 많은 엔지니어링이 필요했고 타겟에서 나온 산란된 전자에서 반응 단면을 추출하는 데 수년간의 분석이 필요했습니다."
그들이 수집한 측정치를 사용하여 Slifer와 그의 동료들은 개별 양성자 의 내부 스핀 구조 (즉, 원자핵 에서 발견되는 아원자 입자 )를 특성화할 수 있었습니다. 그들의 데이터에서 그들은 또한 양성자의 세로-횡방향 스핀 분극성, 꼬임-3 매트릭스 요소 및 분극성 d 2 , 키랄 섭동 이론에 의해 추정되는 중요한 매개변수를 추출했습니다. "이 양에 대한 계산을 수행하는 이론가의 두 가지 주요 그룹이 있습니다."라고 Slifer는 말했습니다. "이 그룹은 약간 다른 접근 방식을 사용하지만 원칙적으로 두 예측 모두 양자 색역학(QCD)과 동일한 가정과 대칭에서 직접 따릅니다.
QCD는 강한 힘의 이론(자연에서 알려진 네 가지 힘 중 하나)과 QCD는 구하기 힘든 것으로 악명이 높습니다." 궁극적으로 이론적 예측의 유효성을 확인하려면 이러한 예측을 실험 환경에서 테스트해야 합니다. Slifer와 그의 동료들이 수집한 발견은 키랄 섭동 이론에 의해 만들어진 예측을 검증하는 데 사용할 수 있으며, 이는 차례로 양성자의 스핀 구조 및 일반화된 스핀 분극성을 포함하는 강력한 양자 색역학 체제에 대한 이해를 향상시킬 수 있습니다. Slifer는 "이러한 실험을 실행하고 분석하기가 너무 어렵기 때문에 횡방향으로 편광된 양성자 데이터는 역사적으로 부족합니다."라고 덧붙였습니다. "그러나 우리의 결과는 이러한 종류의 데이터가 양성자의 스핀 의존적 특성이 정확히 어떻게 발생하는지 명확히 하는 데 정말 도움이 된다는 것을 보여줍니다.
우리는 이론 동료들로부터 이러한 측정을 더 높은 에너지로 확장하도록 요청했습니다. 이것은 또 다른 매우 어려운 실험입니다. 실행하고 분석하는 데 몇 년이 걸리겠지만 완료해야 합니다." 추가 정보: D. Ruth et al, 강력한 양자 색역학 체제에서 양성자 스핀 구조 및 일반화된 분극성, Nature Physics (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01781-y 저널 정보: 네이처 물리학
https://phys.org/news/2022-11-proton-polarizabilities-strong-quantum-chromodynamics.html
.Exploring the structure of pentaquarks and protons
펜타쿼크와 양성자 구조를 탐구한다
기사입력 2022.11.05. 10:04:13 <프레시안>이 독자들과 '과학 이야기'를 나누고자 '최준석의 과학자 열전'을 연재합니다.
최준석 과학저널리스트는 '문과' 출신으로 최근 수년간 '과학책 읽기'에 푹 빠진 중견 언론인입니다. <나는 과학책으로 세상을 다시 배웠다> 저자인 최준석 과학저널리스트는 한국의 과학자들을 직접 만나 인터뷰하며, 한국의 과학자와 과학의 최신 트렌드에 대해 독자들과 알기 쉬운 언어로 소통하고자 합니다. 프레시안에서 흥미로운 '과학 컨텐츠'를 만나보시길 바랍니다.편집자 한 물리학자가 그런 말을 한 걸 기억한다. 언론사에 글을 써서 보냈더니, '쿼크'라는 말을 뺄 수 없겠느냐고 해왔다. 일반 독자가 쿼크를 잘 모르니, 양성자까지만 써달라고 했단다. 양성자는 알지만, 그 안에 들어 있는 쿼크까지는 한국인이 모를 거라고 그 언론사 기자는 생각했나 보다. 그걸 들으니 '양성자와 쿼크 사이' 어디가 한국인 물리학 지식의 경계인가 하는 생각을 했다. 쿼크는 물질을 이루는 기본입자 중 하나다. 양성자와 중성자에 3개씩 들어있다. 그렇다고 우리가 학교에서 배웠고, <강력의 탄생>과 같은 교양과학책에서 우리가 접하는 내용이다. 지난 10월 14일 인하대학교에서 만난 김현철 교수는 쿼크 5개로 구성된 입자인 '펜타 쿼크' 이야기를 꺼냈다.
김현철 교수가 인하대학교 물리학과를 졸업하고 독일에서 유학할 때다. 1997년 당시 그는 독일 보훔대학교 제2이론물리연구소에서 연구원으로 일하고 있었다. 보쿰 대학교에 러시아 물리학자 세 명이 '펜타쿼크' 관련 논문을 독일 물리학 학술지(Zeitschrift für Physik A)에 내놨다. 드리트리 디아코노프(Dmitri Diakonov, 1942-2012) 빅토르 페트로프, 막심 폴랴코프가 '세타 플러스'(Theta plus)라는 펜타쿼크가 계산을 해보니, 있을 수 있다라고 말했다. 세파 플러스는 u쿼크 두 개, d쿼크 두 개, s쿼크의 반입자 해서 모두 다섯 쿼크로 이뤄졌다. 질량은 1530 MeV/c²이고, 다른 입자로 붕괴하는 데 붕괴 폭이 1 MeV/c²보다 작아야 한다고 말했다. 김 교수는 "내가 나중에 연구해 보니, 붕괴 폭이 0.5 MeV/c²도 채 안 된다.
붕괴 폭이 작으면 실험에서 발견하기 힘들다. 에너지를 아주 촘촘하게 잘라 나가면서 봐야하기 때문이다."라고 말했다. 김 교수는 "구 러시아가 1991년에 붕괴한 이후 러시아의 천재 물리학자들이 독일에 많이 와 있었다. 내가 만났던 세 사람은 정말 똑똑한 사람들이었다."라고 말했다. 펜타쿼크는 러시아 연구자들 논문에 앞서 근 60년 전 미국에서 처음 개념이 나왔다. 미국 물리학자 머리 겔만(당시 캘리포니아 공과대학 교수, 1929-2019)이 이론적으로 제안한 바 있다. 겔만은 1964년 '피직스 레터스'(Physics Letters)라는 물리학 학술지에 두 쪽짜리 논문을 발표했다. 논문 제목은 '중입자와 중간자들의 도식 모형'(schematic model of baryons and mesons)이었고, 이 논문에서 '쿼크'라는 용어가 물리학사에서 처음 등장했다. 겔만은 쿼크라는 입자가 이론적으로는 존재 가능하다고 말했다. 겔만은 이 논문으로 5년후인 1969년에 노벨 물리학상을 받는다. 김현철 교수는 "겔만의 이 논문에서 펜타쿼크가 처음 등장한다."라고 내게 말했다. 겔만은 쿼크 4개와 반쿼크(쿼크의 반물질) 한 개로 된 펜타쿼크를 제안했다. 그리고 쿼크 4개로 만든 물질, 즉 테트라쿼크도 수학적으로는 가능하다고 노프 박사가 2001년 2월 오스트레일리아 애들레이드에서 열린 학회에 갔다. 이곳에서 일본 오사카대학교의 핵물리연구소 소장인 나가노 다카시(中野 貴志) 박사를 만나, "펜타쿼크를 찾아보라."라고 설득했다.
이론물리학자의 아이디어를 전해 들은 나가노 교수는 실험에 착수했고, 디아코노프 박사가 말한 그 질량에서 '펜타쿼크'를 봤다. 질량(1540GeV/c²) 뿐 아니라, 붕괴 폭도 예측과 비슷하게 나왔다. 나가노 교수가 한 실험은 'LEPS실험'이다. 일본 효고현에는 8 GeV 짜리 대형방사광가속기(Super Photon ring-8)가 있고, 광자를 만들어내는 방사광가속기이다. 김현철 교수는 "이게 정확하게 물리학 연구가 정확히 어떻게 되고 있는지를 보여주는 한 예다. 이론하는 사람은 예측을 해서 실험하는 사람을 가이드하고, 실험 물리학자는 이론가가 말한 입자가 정말 존재하는지, 존재하지 않는지를 찾는 거다."라고 말했다. 논문은 2003년 7월 최상위 물리학 학술지 '피지컬 리뷰 레터스'(Physical Review Letters, PRL)에 나왔다. 쿼크 두 개짜리, 쿼크 세 개짜리 입자만 있는 줄만 알았으나, 다섯 개 짜리도 있다는 소식은 충격적이었다. 학자 뿐 아니라, 일반인도 큰 관심을 보였다. 신문마다 떠들썩하게 보도했다고 김 교수는 당시 분위기를 전했다. 미국 에너지부 산하에 입자가속기 연구소가 세 개 있는데, 토머스 제퍼슨 가속기 연구소가 그중 하나다. 흔히 제퍼슨 랩이라고 불리며, 미국 버지니아주 뉴포트뉴스에 있다. 제퍼슨 랩에는 전자 가속기가 있고, 이 가속기가 가속한 전자는 고정되어 있는 원자핵 물질에 충돌한다. 그곳에서 나오는 물질을 보기 위해 입자검출기가 설치되어 있고, 이 검출기 이름이 CLAS검출기이다. CLAS검출기는 1989년에서 2012년에 가동되었고, 그걸 갖고 하는 실험 이름은 CLAS실험이다. CLAS실험은 일본발 펜타쿼크 검출 소식을 듣고 같은 실험을 했고, 세타 플러스 입자를 발견했다고 2003년에 발표했다. 미국 에너지부는 제퍼슨 랩 CLAS실험의 연구 결과를 2003년 미국 핵물리학계의 중요한 발견 중 하나로 선정했다. 제퍼슨 랩을 포함해 세계적으로 12개 실험이 우리도 세파 플러스 입자를 봤다는 연구 결과를 내놨다.
펜타쿼크 죽다
제퍼슨 랩 CLAS실험은 이후 데이터를 더 많이 받아 세타 플러스 입자의 물리적인 특징을 더 정밀하게 알아내고자 했다. 그런데 입자가 확인되지 않았다. 당혹스러운 일이었다. 결국 2006년 제퍼슨랩 CLAS실험은 세타 플러스가 오간데 없다는 발표를 해야 했다. 김현철 교수는 "자신의 앞선 발표를 부정하는 결과였으니, 자살골이었다."라고 말했다. 일본 LEPS실험은 미국 제퍼슨랩에서 세타 플러스를 보지 못하였다는 연구 결과를 접하고, 이를 다시 확인했다. 하지만 세타 플러스는 여전히 있는 걸로 나왔다. 러시아에서는 자신들의 과거 실험 데이터를 다시 분석했다. 중간자(쿼크+반쿼크)를 제논 원자핵에 때린 실험 자료를 분석했는데, 세타 플러스가 있는 걸 물론이고 '붕괴 폭'까지 정확히 확인했다. 김현철 교수는 "이 상황은 내가 나중에 학회에서 이렇게 말한 적이 있다.
세타 플러스는 일본과 러시아에서만 국소적으로 존재한다라고."라며 웃었다. 미국의 영향이 학계에서 강해서인지 펜타쿼크는 제퍼슨 랩이 "없다"라고 발표한 이후 학자들의 관심에서 멀어졌다. 일본 연구자들은 말을 아꼈다. 극도로 조심한다. 그들은 "자신들이 Spring-8에서 광자로 한 실험 결과는 아무도 안 믿을 거야라고 생각한다"라고 김 교수는 일본 분위기를 설명했다. 2008년에 이 분야의 공식기록인 '입자물리학 리뷰'(Review of Particle Physics')는 "'(펜타쿼크) 발견 그 자체와, 그 이후에 이론가 및 현상론자들의 논문이 파도처럼 쏟아졌고, 그리고 '비 발견'이라는 결론이 내려진 이 전체 이야기는 과학사에서 기묘한 에피소드다."라고 표현했다. 김현철 교수는 "물리학자 90%는 펜타쿼크가 죽었다라고 생각한다."라고 말했다. 12곳 실험이 펜타쿼크를 봤다고 했는데, 그러면 이들의 실험 결과는 어떻게 되는 건가? 김현철 교수는 "솔직히 스캔들이다. 12군데 실험에서 봤는데, 그 입자가 사라졌다면 어떻게 된 것인지 그 이유를 설명해야 하지 않겠는가? 과학하는 사람들이."라고 말했다.
김 교수는 '펜타쿼크 스캔들' 이야기를 책으로 쓸 계획이라고 말했다. 그는 "현재의 상황은 올바르지 않다."라고 언성을 높였다. 가령, 김 교수는 2012년에 펜타쿼크 관련 논문을 써서, 물리학자들이 논문을 올리는 웹사이트인 아카이브에 올렸다. 그랬더니 스페인 물리학자가 이메일을 보내, 김 교수를 정신 나간 사람 취급을 했다. 아직도 펜타쿼크 연구를 하느냐는 거였다. 김 교수는 "나는 과학자로서 집요하게 매달릴 건 매달려야 한다고 생각한다. 있던지 없던지 최종 결론이 난 게 아니라고 본다."라고 말했다. 김 교수가 중국 장가계에서 2007년인가에 열린 강입자 핵물리학 학회에서 있었던 에피소드를 들려줬다. 한국과 일본, 중국 학자가 참가했다. 부산대학교에서 일하던 김현철 교수와 일본 오사카대학의 아츠시 호사카(保坂 淳) 교수가 이 학회를 2003년에 시작했다. 중국 장가계 학회에서 중국 학자 한 사람이 광자를 고정 표적에 때렸을 때 나온 결과를 발표했다. 그는 데이터를 설명하기 위해 '들뜬 양성자'가 있다고 제안했다. 김 교수가 보니 '들뜬 양성자'는 다름 아닌 펜타쿼크였다. u쿼크 두 개와 d쿼크 한 개, s쿼크, s쿼크의 반입자해서 모두 5개 쿼크를 갖고 있었다. "펜타쿼크 아닙니까?"라고 질문했더니 중국 연구자는 "아니다, 아냐"라고 강하게 부정했다. 김 교수는 "펜타쿼크는 소설 <해리 포터>에 나오는 사악의 존재인 '볼드모트'와 같이 되어 버렸다. 그가 누군지 알지만 그의 이름을 감히 얘기할 수 없는 존재가 볼드모트다."라고 말했다.
무거운 펜타쿼크의 발견 2015년에 반전이 있었다. 스위스 제네바의 유럽입자물리연구소(CERN)의 LHCb실험이 무거운 펜타쿼크'를 발견했다고 그해 6월에 발표했다. 무거운 펜타쿼크는 질량이 무거운 쿼크인 c쿼크가 포함되어 있다. 그래서 무거운 펜타쿼크는 c자를 사용해서 Pc라고 불린다. 신문들이 또 떠들썩했다. 펜타쿼크 발견을 대서 특필했다. 2019년에는 무거운 펜타쿼크가 추가로 발견됐다. 무거운 펜타쿼크가 발견되자, 사람들이 좀 누그러졌다. 제퍼슨랩이 '가벼운 펜타쿼크'가 없다고 한 2006년부터 2014년까지 8년간 물리학자들이 신경질적이었다. 펜타쿼크와 관련해서는 얘기도 못 꺼내게 했다. 김 교수는 "무거운 펜타쿼크가 발견됐으니, 가벼운 펜타쿼크에도 다시 관심을 가질 때다."라고 내게 말했다. 무거운 펜타쿼크는 얼마나 무겁고, 가벼운 펜타쿼크는 얼마나 가벼울까? 김 교수는 가벼운 펜타쿼크를 이루는 u쿼크는 질량이 10MeV/c²정도이고, s쿼크의 반입자는 100MeV/c²이라고 했다.
하지만 무거운 펜타쿼크에 들어있는 c쿼크는 1.2GeV/c²로 질량이 100배 이상 차이가 난다. 김 교수는 가벼운 펜타쿼크의 질량과 붕괴폭을 정교하게 계산한 논문을 2010년에 썼다. 논문은 학계 분위기를 반영하듯 2년간 줄줄이 게재가 거부되다가, 일본 물리학회가 발행하는 PTP(Progress of Theorectical Physics)에 겨우 발표할 수 있었다. 김 교수는 "일본은 펜타쿼크와 관련해서 편견을 갖고 있지 않다."라고 말했다. 그는 일본 도카이에 있는 국립고에너지 연구소인 J-PARC에서 실험하면 가장 확실하다고 했다. 제퍼슨 랩은 전자로 실험했으나, J-PACR은 케이중간자(u쿼크반물질+s쿼크)로 실험을 할 수 있고, 만약에 펜타쿼크가 존재한다면, 산란단면적에서 딱 볼 수 있기에 별다른 해석이 필요 없다고 했다. 김 교수는 2020년 논문에서는 J-PARC에서 실험을 한다면 발견할 가능성이 얼마나 되는지를 연구했다고 말했다. 그리고 고려대학교의 실험을 하는 강입자물리학자인 안정근 교수를 설득했다. 안정근 교수는 현재 J-PARC에서 진행되는 실험(H-DiBaryon)을 이끄는 리더(spokesperson)다. H-DiBaryon실험은 쿼크 여섯 개로 된 입자(헥사쿼크)가 있는지를 확인하는 실험이다. 김 교수는 "안 교수가 바빠서 어떻게 될지는 모르겠다. 어쨌든 실험을 해보자는 제안서(Letter of Intent)를 내려고 한다."라고 말했다. 시인의 꿈을 꾸었다 펜타쿼크에 관한 흥미로운 이야기를 잘 들었다. 그의 다른 큰 연구 주제는 양성자 구조 이야기다.
그는 "물리학자들이 양성자와 중성자는 물질에 가장 기본이 되는 입자들인데, 입자 구조를 아직 잘 모른다. 정확히 알아내려면 멀었다."라고 말했다. 물리학자들이 양성자와 중성자의 내부 구조를 잘 이해하지 못하고 있다는 말이 믿기지 않았다. 그런데, 연구 이야기를 길게 들으니, 머리가 아프다. 이야기 방향을 바꿨다. 그가 연구자로 걸어온 길을 물었다. 그는 "고등학교 때 시에 빠졌다."라고 말했다. 공부를 하지 않고, 시만 썼다. 어머니도 편찮으셨다. 고교는 서울 상문고등학교를 다녔다. 고등학교 떨어지면 가는 학교가 과거에는 '특목고'였다. 상문고는 당시 '특목고'에서 일반고가 되고 2년밖에 안 된 학교였다. 선생님들도 매우 거칠었다. '말죽거리 잔혹사'라는 2004년 영화가 있었다. 김현철 교수는 '말죽거리 잔혹사' 영화를 보다가 울었다고 했다. 옛날 생각이 나서다. 김현철 교수는 "현실이 영화를 능가했다. 나는 학교 다닐 때 상처를 많이 입었다."라고 말했다. 시를 써서 상도 받았다. 문예창작과에 진학하라는 얘기를 들었다. 문예창작과 가려면 성적이 좋아야했다. TV드라마 '조선왕조 오백년'의 작가 신봉승(1933-2016년) 선생이 그의 외삼촌이다. 그는 "외삼촌도 시인으로 등단하셨다"라고 말했다. 그가 지난 6월에 내놓은 공동저서인 <그렇게 물리학자가 되었다>를 보여줬다. 이 책에도 써놓은 내용이라며, 다음과 같은 이야기를 들려줬다. "고3 8월 상문고등학교의 빈 교정에 갔다. 교실 복도에 햇살이 비치고 먼지들이 빛을 받아 반짝반짝하는 걸 보았다. 그래서 '8월은 유리창에 비친 태양의 그늘'이라는 한 줄 시를 쓰고는, 더 이상 시는 나가지 않았으나, 대학에 가야겠다는 생각이 들었다. 대입 공부를 석달 했다. 성적이 나쁘니 갈 대학이 많았다. 성적이 좋으면 갈 대학이 좁혀지지만. 물리는 중학교 때 관심이 많았다.
과학을 잘 했다. 물리학과를 택하니, 인천 인하대학교가 떠올랐다. 여덟 번째로 지원서를 냈다. 정원 미달이어서, 무조건 합격했다. 인하대 물리학과 82학번이 되었다. 아버지가 공군 장교여서 4년 전액 장학금을 받았다. 당시 인하대는 그런 장학 제도가 있었다. 대학 2학 년 말부터 공부를 시작했다. 시를 쓴다고 했는데, 시인의 꿈을 포기했다. 곽재구의 '사평역에서'와 장정일의 '햄버거에 대한 명상'을 읽고는 기가 질렸다. 이런 시는 못쓰겠다는 생각이 들었다." 인하대학교 물리학과에 새로 온 젊은 교수가 있었다. 핵물리학자인 차동우 교수다. 차 교수의 지도를 받아 공부했다. 물리학과를 1등으로 졸업했다. 대학원 석사 과정에 들어갔다. 미국으로 박사 공부를 떠나려고 했으나, 독일로 가게 되었다. 독일 아헨 근처 율리히 연구센터가 있고, 율리히 연구센터 안에 핵물리연구소가 있다. 그곳의 요제프 슈펫 소장이 차동우 교수를 만나러 인하대학교를 찾아왔다. 차 교수는 율리히 연구센터에서 근무한 바 있다. 우수한 학생 있으면 보내달라는 말을 듣고 차동우 교수가 김현철 학생에게 "독일 안 갈래?"라고 물어왔다. 장학금을 준다는 말에 1990년 독일 유학을 갔다. 독일이 통일되던 해다. 지도교수는 카를 홀린데였다. 그는 본 대학교 물리학과 교수이기도 했다.
김현철 학생은 본 대학교에 적을 두고, 율리히 연구센터에서 연구했다. 핵물리연구소(IKP)에는 COSY라는 양성자 가속기가 있었다. 그는 본 대학에서 1993년 4월 박사학위를 받았다. 탄광으로 유명한 독일 중북부 루르 지방의 도시 보훔으로 갔다. 보훔루르대학교의 제2이론물리연구소에서 1998년 3월까지 5년간 연구했다. 이곳 소장은 클라우스 괴케(Klaus Goekeee)였다. 부드러운 성격이고 음악을 좋아했다. 무뚝뚝한 독일 병정이었던 박사 지도교수와는 딴판이었다. 김 교수는 "내게 학문적인 아버지가 누구냐고 묻는다면, 나는 서슴없이 클라우스 괴케라고 말할 것이다."라고 했다. 연구는 주로 러시아 사람들과 했다.
상트페테르부르크 핵물리학 연구소의 연구원들이 보훔에 와서 장기간 머무르며 연구했다. 말이 '방문'이지 살다시피 했다. 소련 붕괴 이후 러시아에서의 삶은 피폐했다. '펜타쿼크'를 이론적으로 제안한 러시아 물리학자 3인이 있다고 앞에서 말한 바 있다. 이들을 이곳에서 만났다. 이중 막심 폴랴코프(사망)와는 의형제가 되었다. 파벨 포빌리차라는 김 교수와 동갑내기 물리학자도 있었다. 파벨 포빌리차는 천재였다. 너무 똑똑해서 차원이 다르게 보였다. 부끄러워하지 않고 모르는 걸 물었고, 그 과정을 통해 배웠다. 이들과 논문을 많이 썼다. 1996년에는 논문을 한해 11편 쓰기도 했다. 1997년 말 부산대학교 물리학과가 이론물리학자를 뽑는다는 공고를 냈다. 한국에 와서 교수들 앞에서 '세미나'를 했다. 합격했다. 17편의 논문을 그간 발표한 실적도 있었고, 특히 '세미나'를 알아듣기 쉽게 잘 했다는 평가를 받았다. 세미나 발표 제목을 물었다. 그가 보훔에서 뭘 연구했는지가 궁금했기 때문이다.
'손지기(chirality) 쿼크 솔리톤 모델'이라고 했다. 양성자를 솔리톤(soliton), 쿼크로 이뤄진 솔리톤으로 본다고 했다. 무슨 말인지는 알 수 없었다. 묻지도 않았다. 그는 어떤 물리학자인가? 핵물리학자인가? 입자물리학자인가? 김 교수는 "나는 핵을 다뤄본 적이 없다. 입자를 두 개 이상 다뤄본 적이 없다. 무늬만 핵물리학자이나, 실제로는 입자물리학에 가깝다."라고 설명했다. 그는 "나는 '강입자 물리학'을 연구한다."라고 말했다. 강입자물리학이 핵물리학, 입자물리학과 어떻게 다른지 궁금하다. 김 교수는 "강입자 물리학은 양성자와 중성자 구조를 주로 연구한다. 핵물리학은 물질은 어디에서 왔나 하는 '물질의 기원'을 연구하며, 그중에서도 '고에너지 핵물리학'은 QGP(쿼크 글루온 플라즈마)를 연구한다."라고 말했다. 그는 이어 "강입자물리학은 입자물리학과 핵물리학의 경계에 있는 학문이고, 어떻게 보면 핵물리학으로 들어가는 포탈 같은 학문이다. 강입자물리학에서는 입자들의 구조와 생성 메커니즘을 연구한다."라고 했다. ▲김현철 인하대 물리학과교수 ⓒ최준석 양성자 구조 연구
김 교수는 "현재의 강입자물리학은 1970년대 입자물리학자들이 한 작업을 훨씬 더 정교하게 하고 있다라고 생각하면 된다"라고 했다. 옛날에 한 걸 왜 하냐 하는 식으로 얘기하는 사람도 있기는 하다. 그때는 강입자물리학을 정확하게 이해하지 못했고, 요즘 우리가 훨씬 더 정확하게 이해하고 있다고 그는 말했다. 강입자물리학도 입자가속기에서 일어나는 일을 갖고 연구한다. 그의 이야기를 들어본다. "미국 제퍼슨 연구소에는 12GeV 전자가속기가 있다. 새로운 입자를 만들어내기도 하고, 양성자 구조를 연구하기도 한다. 미국 에너지부(DOE) 산하에는 브룩헤이븐국립가속기연구소도 있다. 뉴욕주 롱아일랜드의 브룩헤이븐에 있다. 2030년대 중반에는 새로운 전자가속기가 브룩헤이븐에서 가동된다.
가속기 이름은 전자이온충돌기(EIC, Electron Ion Collider)다. EIC는 핵물리학 프로젝트를 수행하게 된다. EIC의 미션은 △양성자의 질량이 어디에서 왔는지, △양성자의 스핀(spin)은 왜 1/2인지, △차가운 핵물질 안에서는 어떤 일이 일어나는지를 알아내고자 한다." 김 교수가 말하는 내용이 모두 낯설다. 질량과 스핀은 용어는 알아듣겠으나, 양성자 스핀이 1/2인 이유를 모른다니, 그런 건 또 무슨 말일까? 김 교수는 "쿼크의 스핀에 양성자 스핀이 기여하는 부분이 35% 정도 밖에 안 된다. 나머지 65%는 어디에서 오는지 정확히 모르고 있다."라고 말했다. 그로부터 양성자 구조 연구 이야기를 들었다. 하지만 그 이야기를 글로 풀어내면 이글을 읽는 사람들이 힘들어할 것 같다. 이야기를 여기에서 멈추기로 한다.
https://www.pressian.com/pages/articles/2022110415505504966
.Webb Spots Possible Red Supergiant Star in Early Universe
Webb, 초기 우주에서 가능한 적색 초거성 발견
2022년 11월 2일 나탈리 앤더슨 " 이전의| 다음 " 새로 발견된 적색초거성 후보인 퀼러(Quyllur)는 너무 멀리 떨어져 있어 빛이 지구에 도달하는 데 107억 년이 걸렸습니다. 이 Webb 이미지는 매우 확대된 적색 초거성 후보 Quyllur(흰색, 중앙 원)를 보여줍니다. 이미지 크레디트: NASA/ESA/CSA/Webb/Diego et al., arXiv: 2210.06514. 이 Webb 이미지는 매우 확대된 적색 초거성 후보 Quyllur(흰색, 중앙 원)를 보여줍니다. 이미지 제공: NASA/ESA/CSA/Webb/Diego et al ., arXiv: 2210.06514.
적색초거성 은 초기 질량 이 태양 질량의 7~40배 에 달하는 무거운 별의 진화된 후손입니다 . 이 별 들은 가장 무겁거나 밝지는 않지만 알려진 모든 별 중에서 반지름이 가장 큽니다. 그들은 스펙트럼 유형 K 또는 M과 4,100K 미만의 표면 온도를 가지고 있습니다.
이것은 별에게 매우 시원하고 붉은 색으로 빛나게 만듭니다. 그들의 밝기 로 인해 근적외선에서 쉽게 감지할 수 있어 고대 별 형성에 유용한 탐사선이 됩니다. Betelgeuse 와 Antares 는 우리 은하에서 가장 밝고 가장 잘 알려진 적색 초거성입니다. 지금까지 높은 적색편이에서 발견된 이전의 모든 별은 뜨겁고 푸른 별 이었습니다. 퀼러가 적색초거성으로 확인된다면, 이는 앞으로 나올 많은 것들의 첫 번째 사례가 될 것입니다.
“지난 몇 년 동안 NASA/ESA 허블 우주 망원경의 가장 큰 성과 중 하나는 높은 적색편이에서 극도로 확대된 별을 발견한 것입니다. 그러한 물체는 1991년에 처음으로 예측되었습니다.”라고 Instituto de Física de Cantabria의 천문학자인 Jose Diego와 그의 동료들은 말했습니다. “z=1.49의 적색편이에 있는 청색 초거성 이카루스 의 발견은 이 새로운 분야의 시작점이 되었으며, 이는 z>1에 있는 개별 별뿐만 아니라 조밀한 성단에 대한 연구를 가능하게 합니다. 이 발견은 또한 암흑 물질 구조에 대한 새로운 연구의 문을 열어줍니다.” "이카루스의 발견 이후 다른 예들이 뒤따랐고, 최근 z=6.2에서 에 아렌델 이 발견되면서 절정에 이르렀습니다(에어렌델 은 빅뱅 후 약 9억 년 후에 빛 을 방출했습니다)."
"NASA/ESA/CSA James Webb 우주 망원경은 허블보다 더 멀리 볼 것으로 예상되며 아마도 우주 재이온화의 시작에 가까운 개별 별을 감지할 수 있을 것입니다." 천문학자들은 El Gordo라고도 알려진 거대한 은하단 ACT-CL J0102-4915 에 대한 Webb의 이미지를 연구하는 동안 매우 확대된 빨간색 물체를 발견했습니다. "이 근원에 대한 가장 가능성 있는 설명은 하나의 고도로 확대된 적색 초거성"이라고 그들은 말했습니다. "우리는 별을 의미하는 케추아어 단어인 'Quyllur'라는 별명을 붙였습니다." Quyllur는 El Gordo의 중력과 추가적인 미세 렌즈 현상 에 의해 최소 4,000배 확대되었습니다 .
별의 표면 온도는 3,500K이며 우주의 나이가 약 31억 년 때 존재했습니다. "매우 밝은 별은 고립되어 거의 발견되지 않으며 일반적으로 항성 그룹 근처에 산다"고 연구자들은 말했습니다. "가까운 다중 렌즈 쌍은 배율에 따라 Quyllur에서 33-49 광년 거리에 있는 것으로 추정됩니다." "이 더 푸른 근원은 별이 생성되는 지역일 수 있고 Quyllur는 그 외곽에 있을 것입니다." "Quyllur는 우주론적 거리에서 발견된 최초의 적색 초거성이 될 것"이라고 저자들은 결론지었습니다. 팀의 논문 은 2022년 10월 arXiv.org 사전 인쇄 서버에 게시되었습니다 . _____ Jose M. Diego et al . 2022. JWST의 PEARLS: ACT-CL J0102-4915의 새로운 렌즈 모델인 EL Gordo와 JWST가 우주적 거리에서 발견한 최초의 적색 초거성. arXiv: 2210.06514
https://www.sci.news/astronomy/quyllur-11357.html
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