물리학자들은 우주의 시작에서 희귀한 'X' 입자를 발견했습니다.

스위스에 있는 CERN의 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider)의 연구원들은 최근  우주의 시작 부분에 존재한다고 믿는 사라지고 있는 희귀 입자를 발견했습니다. 그것이 무엇인지 아무도 정확히 알지 못하기 때문에 지금은 X 입자라고 불리는 이 입자는 유명한 입자 가속기 내부에서 수십억 개의 중이온을 충돌시켜 생성되었습니다.

LHC의 컴팩트 뮤온 솔레노이드에서 데이터를 수집하는 CMS 협업 팀은 약 섭씨 5조 5천억 도(화씨 9조 9천억 도)의 온도에서 무거운 납 원자를 함께 부수었습니다. 팀의 결과는 Physical Review Letters 에 게시 됩니다.

물리학자들은 빅뱅 이후 우주의 가장 초기 순간에 물질이 과열된 수프에 뭉쳐진 아원자 쿼크와 글루온으로 이루어진 플라즈마였다고 이론화합니다. (플라즈마가 빅뱅 후 몇 마이크로초 냉각되었을 때만 친숙한 양성자와 중성자가 형태를 취하여 훨씬 더 거대한 형태의 물질을 위한 길을 열었습니다.) 그러나 물질이 냉각되기 전에 이러한 쿼크와 글루온 중 일부가 충돌하여 물리학자들이 X 입자라고 부르는 더 수수께끼 같은 입자.

X 입자는 오늘날 우주가 더 이상 밀도가 높지도 뜨겁지도 않기 때문에 드물지만 최근 연구에 참여하지 않은 MIT의 입자 물리학자인 Krishna Rajagopal은 2010년에 이렇게 말했습니다 . 마이크로초 오래된 우주를 연구하는 가장 좋은 방법은 망원경을 만드는 것이 아니라 가속기를 만드는 것입니다.”

연구팀은 X(3872)라고 불리는 특정 질량의 X 입자 100개를 식별할 수 있었고, 이 입자는 붕괴되기 전에 약 10억분의 1초 동안 생존했습니다. X(3872)는 연구원들이 시스템에서 예상치 못한 양의 질량 또는 에너지를 식별할 때 범프 헌팅을 통해 Belle Collaboration 에 의해 2003년 처음 발견 되었습니다.

"X(3872)는 이상한 동물입니다." 네덜란드 국립 아원자 물리학 연구소의 물리학자이자 CERN의 LHCb 팀 구성원인 Patrick Koppenbu rg가 Gizmodo에 보낸 이메일에서 말했습니다. "나는 그것이 발견되었을 때 Bell에 있었고, 우리는 무슨 일이 일어나고 있는지 이해하지 못한 채 작은 충돌을 응시했던 것을 기억합니다."

작년에 LHCb 의 Koppenbu rg 팀은 새로운 종의 테트라쿼크를 발견했습니다. X(3872)와 마찬가지로 그 테트라쿼크의 수명은 1000억분의 1초가 조금 넘습니다. 다른 외래 입자들이 LHC에서 나타났다가 사라지지만, X(3872)는 그곳에서 생성된 쿼크-글루온 플라즈마에서 검출된 첫 번째 X 입자입니다.

새로운 연구 뒤에 있는 팀은 130억 개의 이온을 가속하여 초기 우주의 조건을 모방할 수 있었습니다. 입자가 충돌하면 수천 개의 짧은 수명의 하전 입자가 생성됩니다. MIT의 물리학자이자 이 새로운 연구의 공동 저자인 Yen-Jie Lee는 Gizmodo에 최근 데이터에 다른 X 입자가 있을 수 있지만 연구원들은 이를 좋은 방법으로 골라내지 못했다고 말했습니다. 배경 소음.

Lee는 이메일에서 "'Run 3'의 첫 번째 중이온은 올해 말에 시작되며 Run 3과 Run 4에서 납-납 충돌 실행으로 더 많은 데이터를 축적할 수 있기를 바랍니다. "훨씬 더 큰 데이터 세트를 통해 우리는 쿼크 수프에서 X 생산의 향상 크기를 파악하고 내부 구조에 대한 더 많은 통찰력을 얻을 수 있습니다."

X(3872)의 정체는 아직 불확실하다. 연구팀은 입자가 느슨하게 결합된 중간자 분자(강력에 의해 결합된 중간자라고 하는 두 개의 아원자 입자) 또는 4개의 쿼크로 구성된 강입자 유형인 테트라쿼크일 수 있다고 생각한다. 새로운 데이터 의 분석을 주도한 MIT의 물리학자 Jing Wang 은 Gizmodo에 보낸 이메일에서 "지금까지 중자 분자는 아직 확실하게 관찰되지 않았으며 X(3872)가 좋은 후보입니다."라고 말했습니다 . "만약 X(3872)가 중간자 분자로 판명된다면, 우리는 초기 우주에 보통의 강입자 외에 다른 종류의 중간자 분자가 있었음을 보여줍니다."

Koppenbu rg는 "데이터를 보면 볼수록 X가 분자와 샤르모늄 상태의 중첩이라는 것을 확신하게 됩니다."라고 말했습니다. 그는 중첩이라는 개념을 더 자세히 설명하면서 이렇게 말했습니다. “우리의 뇌는 이러한 것들을 표현하지 못합니다. ... 양자 역학에는 둘 중 하나라는 것이 없습니다. 두 가지를 구별할 수 없다면 진실은 둘 다 동시에 존재해야 합니다.”

아마도 LHC의 다음 실행은 마침내 X(3872)의 정체를 해결할 것입니다. 물론, 실제 이름을 갖게 되며 더 이상 X 입자로 간주되지 않습니다.

더 보기: CERN 물리학자들은 새로운 이국적인 입자 배치를 발견했습니다.