.Physicists Close In on the Fifth Force That Could Unlock the Mystery of Dark Matter
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물리학자들이 암흑 물질의 미스터리를 풀 수 있는 다섯 번째 힘에 접근하다
ETH 취리히 제공2025년 7월 3일, 천체물리학 우주 스핀 아트 물리학자들은 칼슘 원자의 초정밀 측정을 통해 다섯 번째 기본 힘의 가능성을 탐구함으로써 표준 모형의 경계를 확장하고 있습니다. 연구진은 동위원소의 미묘한 에너지 변화를 비교함으로써 우주의 숨겨진 질량을 설명하는 데 도움이 될 새로운 물리학의 징후를 발견하기를 기대합니다. 출처: SciTechDaily.com
1.
과학자들은 최첨단 실험에서 갇힌 이온을 사용하여 암흑 물질의 미스터리를 푸는 데 도움이 될 수 있는 미지의 입자의 흔적을 찾고 있습니다. 입자물리학의 표준모형은 우리 주변의 모든 것을 구성하는 입자를 포함하여 모든 가시광선을 구성하는 기본 구성 요소에 대한 매우 정확한 설명을 제공합니다. 또한 이러한 기본 입자 간의 상호작용을 지배하는 기본적인 힘도 정의합니다.
1-1.
"표준 모형은 현재 우주에 대한 가장 효과적인 설명이지만, 모든 것을 설명할 수는 없다는 것을 우리는 알고 있습니다."라고 취리히 연방공과대학교(ETH Zurich)의 물리학 교수인 다이애나 프라도 로페스 오드 크레이크는 말합니다.
그녀는 암흑 물질을 "오늘날 물리학에서 가장 큰 미스터리 중 하나"의 예로 지적합니다. 천문학적 관측 결과는 우리가 관측할 수 있는 가시광선 물질만으로는 은하의 회전 방식을 완전히 설명할 수 없음을 시사합니다. 따라서 물리학자들은 우주 질량의 대부분이 알려지지 않은 유형의 물질로 이루어져 있다고 믿습니다. 이러한 믿음은 현재 표준 모형이 설명하는 것 이상의 확장 가능한 이론을 찾는 연구로 이어졌습니다.
1-2.
주요 아이디어 중에는 중력, 전자기력, 강력, 약력이라는 네 가지 기본 힘에 더해 새로운 다섯 번째 자연력이 존재한다는 이론이 있습니다.
한 가지 가능성은 원자핵의 중성자와 주변 전자 구름의 전자 사이에 이전에 알려지지 않은 힘이 존재한다는 것입니다. 이 가상의 힘은 광자가 전자기력을 전달하는 방식과 유사한 방식으로 새로운 입자에 의해 전달될 수 있습니다.
정밀하게 원자 측정 연구자들은 오랫동안 제네바 CERN 과 같은 입자 가속기를 이용하여 표준 모형을 넘어서는 새로운 입자를 찾는 실험을 수행해 왔습니다. ETH 양자 전자 연구소 조나단 홈 교수 연구팀의 오드 크레이크와 동료들은 다른 접근 방식을 취하고 있습니다.
2.
"원자 물리학자로서 우리는 원자를 매우 정밀하게 측정할 수 있습니다."라고 그녀는 설명합니다. "따라서 정밀 원자 분광법을 사용하여 중성자와 전자 사이의 이 새로운 힘을 찾는 것이 목표입니다." 취리히에 있는 연구팀은 이 프로젝트를 위해 독일과 호주의 연구팀과 협력하고 있습니다.
2-1.
"[만약 이 힘이 실제로 원자에 존재한다면, 그 힘은 원자핵의 중성자 수에 비례합니다.]"라고 연구팀의 박사과정생인 루카 후버는 설명합니다. "그래서 우리는 이 가상의 힘을 감지하기 위해 동위원소를 이용한 실험을 하고 있습니다." 동위원소는 원자핵의 중성자 수만 다른, 같은 원자의 한 종류입니다. 즉, 동위원소는 양성자와 전자 수가 같아 화학적으로는 동일하지만, 질량은 서로 다릅니다. 결과적으로, 서로 다른 동위 원소의 전자가 받는 총 힘은 중성자 수의 차이로 인해 약간씩 달라질 것입니다.
이는 원자 내에서 전자가 이동하는 에너지 준위를 조사하여 측정할 수 있습니다. 구체적으로, 연구원들은 이 새로운 힘이 서로 다른 동위 원소 간의 에너지 준위에 미세한 변화를 일으킬 것으로 예상합니다. 정밀 이온 트랩에서 칼슘 동위 원소 연구 오드 크레이크는 "이러한 에너지 변화를 결정하기 위해 우리는 동위원소가 두 에너지 준위 사이를 전환할 때 방출되는 빛의 주파수를 측정합니다."라고 설명합니다.
이 측정에는 전자기장이 단일 전하를 띤 동위 원소를 고정하고 레이저가 이를 더 높은 에너지 상태로 여기시키는 이온 트랩이 필요합니다. 구체적으로, 연구진은 실험에 안정적이고 단일 전하를 띤 칼슘 동위 원소 다섯 개를 사용했습니다. 각 동위 원소는 양성자 20개를 포함했지만, 중성자 수는 20개에서 28개 사이였습니다. 연구진은 실험실에서 이러한 동위 원소의 에너지 준위 변화를 100밀리헤르츠의 정확도 로 측정할 수 있었는데 , 이는 이전 측정 결과보다 100배 더 정확합니다.
3.
그렇다면 어떻게 이러한 결과를 얻을 수 있었을까요? "이온 트랩에 두 동위 원소를 동시에 포집하여 함께 측정했습니다."라고 Huber는 설명합니다. 이를 통해 주파수 측정 중 간섭 잡음을 크게 줄일 수 있었습니다. 그러나 이러한 정밀성에도 불구하고, 새로운 물리학 연구를 진전시키기 위해서는 추가적인 실험이 필요했습니다. 취리히 연구팀은 단일 전하를 띤 칼슘 동위원소를 실험한 반면, 브라운슈바이크에 있는 연방물리기술공과대학(PTB)의 피에트 슈미트가 이끄는 연구팀은 동일한 동위원소를 다중 전하를 띤 상태로 사용했습니다.
독일 연구팀은 취리히 연구팀과 비슷한 정확도로 이러한 고하전 칼슘 이온에서 다른 전이를 측정했습니다. 하이델베르크 막스 플랑크 핵물리학 연구소의 클라우스 블룸이 이끄는 세 번째 연구팀은 이러한 동위원소들 간의 핵 질량 비율을 매우 정밀하게 측정했습니다. 더 정확한 제약 조건이 결정됨 이 결과를 정확하게 해석하기 위해 독일과 호주의 다른 연구팀들이 정밀 계산을 수행했습니다. 그들의 결과는 잘 알려진 핵 효과가 편차의 일부만을 설명한다는 것을 보여줍니다.
또 다른 가능한 원인은 전자에 의해 발생하는 원자핵의 변형 유형인 핵 분극인데, 이는 지금까지 거의 연구되지 않았습니다. 복잡한 계산 결과, 핵 분극은 표준 모형의 한계 내에서 측정된 비선형성을 설명하기에 충분히 클 수 있음을 보여줍니다. "여기서 새로운 물리학을 발견했다고 말할 수는 없습니다."라고 오드 크레이크는 강조합니다. "하지만 불확실성이 존재하더라도 측정 과정에서 그 힘을 확인했을 것이기 때문에 새로운 힘이 최대 얼마까지만 강할 수 있는지는 알고 있습니다." 연구진은 이제 이 새로운 힘을 전달하는 가상 입자의 질량과 전하량에 대한 가능한 값의 한계를 설정할 수 있습니다.
연구진은 현재 결과의 정확도를 더욱 향상시키기 위해 노력하고 있습니다. 후버는 "현재 칼슘 동위원소의 세 번째 에너지 전이를 측정하고 있으며, 이전보다 훨씬 더 정밀하게 측정하고 있습니다."라고 말하며, "이를 통해 킹 플롯을 2차원에서 3차원 다이어그램으로 확장하는 것을 목표로 합니다."라고 덧붙였습니다. 오드 크레이크는 "이를 통해 이론적 난제를 극복하고 이 새로운 힘에 대한 탐구에 더 큰 진전을 이룰 수 있기를 바랍니다."라고 말했습니다.
참고문헌: Alexander Wilzewski, Lukas J. Spieß, Malte Wehrheim, Shuying Chen, Steven A. King, Peter Micke, Melina Filzinger, Martin R. Steinel, Nils Huntemann, Erik Benkler, Piet O. Schmidt, Luca I. Huber, Jeremy Flannery, Roland Matt, Martin Stadler, Robin Oswald, Fabian Schmid, Daniel Kienzler, Jonathan Home, Diana PL Aude Craik, Menno Door, Sergey Eliseev, Pavel Filianin, Jost Herkenhoff, Kathrin Kromer, Klaus Blaum, Vladimir A. Yerokhin, Igor A. Valuev, Natalia S. Oreshkina, Chunhai Lyu, Sreya Banerjee, Christoph H. Keitel, Zoltán Harman, Julian C. Berengut, Anna Viatkina, Jan Gilles, Andrey Surzhykov, Michael K. Rosner, José R. Crespo López-Urrutia, Jan Richter, Agnese Mariotti 및 Elina Fuchs, 2025년 6월 10일, 실제 검토 편지 . DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.233002
메모 2507040702_소스1.분석중【】
1-2.
주요 아이디어 중에는 중력, 전자기력, 강력, 약력이라는 네 가지 기본 힘에 더해 새로운 다섯 번째 자연력이 존재한다는 이론이 있다.
한 가지 가능성은 원자핵의 중성자와 주변 전자 구름의 전자 사이에 이전에 알려지지 않은 힘이 존재한다는 것이다. 이 [가상의 힘은 광자가 전자기력을 전달하는 방식과 유사한 방식]으로 새로운 입자에 의해 전달될 수 있다.
_【1-2 】 그 가상의 힘을 2가지 경로를 가정해 볼 수 있다.
sper.oss.dark_matter이고 다른 것은 qcell.qvix.qms.5power 이다.
2-1.
"[만약 이 힘이 실제로 원자에 존재한다면, 그 힘은 원자핵의 중성자 수에 비례합니다.]"라고 연구팀의 박사과정생인 루카 후버는 설명합니다. "그래서 우리는 이 가상의 힘을 감지하기 위해 동위원소를 이용한 실험을 하고 있습니다." 동위원소는 원자핵의 중성자 수만 다른, 같은 원자의 한 종류입니다. 즉, 동위원소는 양성자와 전자 수가 같아 화학적으로는 동일하지만, 질량은 서로 다릅니다. 결과적으로, 서로 다른 동위 원소의 전자가 받는 총 힘은 중성자 수의 차이로 인해 약간씩 달라질 것입니다.
_【2-1 】그 가상의 힘을 2가지 경로 sper.oss.dark_matter는 중성자 구조체 zero.sum을 샘플 4.에서 볼 수 있다. 더 아이러니한 점은 zero가 아닌 임의 상수(n)의 n.sum을 가진다. one.sum이 존재하는 것을 최근에 확인하였다. 어허.
sample4. msoss
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzz
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca
그러면, 다른 것은 qcell.qvix.qms.5power 은 어떤 근거일까?
qcell은 샘플2.에서 보여주듯, 에너지 qms가 qvix 블랙홀 제트로 소립자나 원소를 등장 시킬 수 있다는 점이다.
샘플2.
2506060925
dark_energy
.qms.qvix.qcell
.c3.proton(neutron).xyz/3
.quark.uud(ddu)
0d000000uu
000d00uu00
00000duu00
0000du00u0
000uu0000d
0u0u000d00
00u00ud000
0ud0u00000
c000000000
00u00000du
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