소형화된 반물질 가속기는 크기 한계를 깨고 새로운 물리학의 지평을 열었습니다.

• 과학자들이 기존 가속기보다 1000배 더 작은 공간에서 반물질을 가속하는 새로운 방법을 찾았습니다. 
• 이 기술은 훨씬 효율적이고 저렴하며 새로운 물리학을 자세히 연구하는 데 도움이 될 것입니다. 

Linac Coherent Light Source 및 Large Hadron Collider와 같은 시설의 입자 가속기는 기본 입자(전자 및 양성자)의 속도를 높입니다. 이를 통해 과학자들은 초대칭 이론에서 예상되는 새로운 입자 검색, 힉스 보존의 특성 분석 등 다양한 물리학 이론을 테스트할 수 있습니다.

일반적으로 이는 가속된 입자를 분쇄하여 다른 모든 입자에 질량을 제공하는 더 많은 기본 입자를 생성함으로써 수행됩니다. 광합성과 같은 작고 초고속 프로세스를 이미지화하기 위한 X선 레이저를 생성하는 데 사용할 수 있습니다.

그러나 이러한 높은 속도를 달성하려면 가속기는 2km보다 긴 구성 요소를 사용해야 합니다. 몇 년 전 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)의 과학자들은 전자를 가속하기 위해 몇 미터 길이의 부품만을 사용하는 시스템을 개발했습니다.

이제 같은 대학의 한 과학자가 길이가 수 센티미터에 불과한 시스템에서 전자의 반입자 대응물인 양전자를 가속하는 기술을 발명했습니다.

소형양전자가속기의 장점

이 새로운 기술은 암흑 물질과 암흑 에너지의 특성을 포함하여 물리학의 더 많은 미스터리를 조사하는 데 도움이 될 수 있으며 실리콘 칩과 항공기에 대한 보다 민감한 테스트를 가능하게 할 수 있습니다.

이 접근 방식은 거의 25제곱미터에 달하는 기존 레이저 기술의 특성을 사용하여 모델링되었습니다. 성공적으로 시연된다면 전 세계 수많은 실험실에서 반물질 가속 실험을 수행할 수 있을 것입니다.

연구진에 따르면, 이 신기술은 양전자 가속의 크기는 물론 비용도 획기적으로 줄일 수 있다고 한다. 현재 동일한 실험에는 대규모 물리 시설이 필요하며 수천만 달러의 비용이 소요됩니다.

Linac Coherent Light Source 및 Large Hadron Collider와 같은 대규모 시설에서 사용되는 전략은 1960년대 초 발견 이후 크게 개선되지 않았습니다. 여전히 비용이 많이 들고 너무 복잡합니다.

반면, 차세대 반물질 가속기는 효율적이고 작으며 저렴합니다. 이는 우리가 새로운 물리학을 조사하는 데 도움이 될 것이며 더 많은 실험실이 이러한 노력에 동참할 수 있게 될 것입니다.

참조:Phys. 액셀 목사. 빔 | doi:10.1103/PhysRevAccelBeams.21.081301 | 임페리얼 칼리지 런던

힉스 보존 생성 및 테스트 재료

이 기술에는 레이저와 플라즈마를 사용하여 빔을 생성하기 위한 반물질을 생성, 농축 및 가속하는 작업이 포함됩니다. 센티미터 길이의 가속기는 기존 레이저 기술을 사용하여 수천만 개의 입자로 구성된 양전자 빔을 가속할 수 있습니다. 이 입자의 에너지 준위는 2km 스탠포드 가속기에서 생성된 것과 동일합니다.

보다 구체적으로, 연구원들은 입자 내부 시뮬레이션을 사용하여 기존 레이저가 수백 개의 MeV pC 준단일에너지 양전자를 가속할 수 있음을 입증했습니다.

입자 가속 기술은 2개의 레이저-플라즈마 상호 작용 단계를 기반으로 합니다 | 출처: Aakash A. Sahai

실제로 그들은 더 높은 속도로 힉스 보손을 생성할 수 있어 과학자들이 그 특성을 더 잘 분석할 수 있습니다. 또한 초대칭 이론에서 예상되는 새로운 입자를 찾아 입자 물리학의 표준 모델을 설명하는 데 사용할 수도 있습니다.

실제 적용에 관한 한 양전자빔은 항공기 엔진 블레이드, 본체 및 통합 칩을 포함한 다양한 재료의 결함 및 파손 위험을 분석할 수 있습니다. 반물질은 전자나 X선과는 다른 방식으로 이러한 물질과 상호 작용하므로 품질 관리 프로세스에 완전히 새로운 차원을 제공합니다.

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유사한 기술을 통해 빔을 생성한 과거 경험을 바탕으로 연구원들은 작업 프로토타입이 2020년까지 출시될 것이라고 확신합니다.