우주에서 반물질과 암흑물질을 어떻게 찾을 수 있나요?

중국계 미국인 유명 물리학자이자 노벨 물리학상 수상자인 Zhaozhong Ting을 중심으로 미국, 중국, 러시아, 독일, 이탈리아, 프랑스 기술자들이 개발에 참여한 알파자기분광계(Alpha Magnetic Spectrometer)는 1998년 6월 3일 우주왕복선 디스커버리 호에 탑재되어 인류가 우주의 반물질과 암흑물질을 탐지하는 시작을 알렸습니다.

천문학자들은 수많은 천문관측과 천체물리학 실험을 바탕으로 빅뱅이론, 즉 우주가 150억년 전 대폭발로 시작됐다는 이론을 제시했다. 빅뱅 이후 우주는 계속 팽창하여 현재 인간이 살고 있는 지구를 포함하는 물질세계를 형성했습니다. 우리는 모든 물질이 원자로 구성되어 있다는 것을 알고 있습니다. 원자의 중심은 양성자와 중성자로 구성되어 있으며 양전하를 띠는 핵입니다. 핵은 음전하를 띤 전자로 둘러싸여 있으며 핵 주위를 고속으로 회전합니다. 그러나 입자 물리학 이론에 따르면 빅뱅은 많은 양의 물질을 생성했지만 동일한 양의 반물질도 생성했어야 합니다. 반물질 원자핵은 "반양성자"와 "반중성자"로 구성되어 있으며 음전하를 띠고 있습니다. 반물질 원자핵은 양전하를 띠는 "양전자"여야 합니다. 1932년에 사람들은 실험적으로 "양전자"의 존재를 확인했습니다. 1997년에 CERN은 크세논 원자를 사용하여 반양성자와 충돌하여 반수소 원자를 생성했습니다. 물질과 반물질이 만나면 강한 빛을 발산하고 거대한 에너지로 변하는 동시에 물질과 반물질은 '멸망'하여 사라진다. "절멸"에 의해 생성되는 에너지는 우리가 알고 있는 핵분열이나 핵융합에 의해 생성되는 에너지보다 몇 배 더 큽니다.

따라서 반물질을 찾는 것은 우주의 기원을 이해할 수 있을 뿐만 아니라 인류를 위한 또 다른 잠재적인 에너지원을 찾는 일이기도 하다. 그 의미는 인류가 원자력을 발견했을 때 못지 않습니다.

우주에는 빛을 방출하거나 반사하지 않지만 보편적인 중력을 갖고 있는 암흑물질도 있습니다. 암흑물질은 천문학적 광학을 사용하여 직접적으로 볼 수는 없지만, 과학자들은 암흑물질이 우주 전체 물질의 약 90%를 차지한다고 믿고 있습니다. 암흑물질은 어떤 형태로 존재하는가? 이것도 과학자들이 추구해온 꿈이다.

알파 자기 분광계의 임무는 우주에서 반물질과 암흑 물질을 찾는 것입니다. Alpha Magnetic Spectrometer의 검출 장치의 주요 부분은 중국에서 개발되었습니다. 2002년에는 알파자기분광계(Alpha Magnetic Spectrometer)가 우주왕복선을 통해 국제우주정거장으로 보내져 우주에 존재하는 반물질과 암흑물질의 흔적을 탐사하기 위해 그곳에 설치됐다.

지식

암흑 물질 탐사

암흑 물질은 우주 연구에서 가장 어려운 주제 중 하나입니다. 암흑물질은 빛이나 전자기파를 전혀 방출하지 않는 물질을 말한다. 현재는 직접 관측할 수 없기 때문에 과학자들은 중력의 효과를 통해 우주에 암흑물질이 다량 존재한다는 것만 알 수 있다(암흑물질은 별이 방출하는 광파나 중력을 방해할 수 있으며, 그 존재는 분명히 느꼈습니다). 암흑 물질의 존재에 대한 최초의 증거는 구형 은하의 회전 속도에 대한 관찰에서 나왔습니다.