원자분수시계는 반물질의 수수께끼를 푸는 것을 목표로 합니다.

스완지 대학교 연구원인 Joos Schoonwater와 Edward Thorpe-Woods는 새로운 세슘 분수를 개발했습니다. 크레딧: 스테판 에릭슨(Stefan Eriksson)

세슘 원자의 분수를 생성하는 장치는 반물질이 흡수하는 빛의 주파수를 측정하여 우주에 대한 이해를 높일 수 있습니다.

EPSRC(Engineering and Physical Sciences Research Council)의 지원을 받아 영국에서 제작된 이 장치는 이제 선구적인 반수소 레이저 물리학 장치(ALPHA) 반물질 실험을 지원하기 위해 상징적인 CERN 시설에 설치되었습니다.

Swansea University는 EPSRC의 자금 지원을 받아 ALPHA에 대한 영국의 참여를 주도했습니다. 덴마크의 오르후스 대학교(Aarhus University)는 칼스버그 재단(Carlsberg Foundation)의 자금 지원을 받아 추가 지원을 제공했습니다.

세슘 분수는 ALPHA가 이미 수소에 대해 달성한 것과 동일한 정확도로 반수소(수소의 반물질 대응물)에 흡수된 빛의 주파수를 결정하는 데 도움이 될 것입니다. 이는 우주가 어떻게 작동하는지에 대한 핵심 질문인 물질과 반물질 사이의 대칭 정도를 이해하는 데 필수적입니다.

세슘 분수는 미들섹스 테딩턴에 있는 영국 국립 계측 기관인 국립 물리 ​​연구소(NPL)에서 설계 및 제작되었습니다.

세슘 분수는 약 2m 높이의 케이스에 담겨 있습니다. 진공 챔버에 보관된 레이저 냉각 세슘 원자는 다시 아래로 떨어지기 전에 자기 제어 튜브로 발사됩니다.

마이크로파 방사선은 이러한 원자가 진동하는 주파수를 소수점 이하 15자리까지 측정합니다.

이는 ALPHA가 반수소 원자와 레이저 광의 상호작용을 측정할 수 있는 매우 정확한 기준을 제공하여 반수소가 흡수하는 빛의 주파수를 결정할 수 있게 해줍니다.

목표는 현재 지식에 비해 1000배 증가한 수준의 정밀도를 달성하는 것입니다. 이는 향후 몇 년 내에 달성될 것으로 예상됩니다.

세계에서 몇 안되는 이러한 세슘 분수 중 하나인 이 세슘 분수는 신뢰성과 견고성이 독특하며 ALPHA가 요구하는 요구 사항을 견디는 데 중요합니다.

장비를 현장 실험과 통합하면 ALPHA가 위성 링크를 통해 이러한 종류의 기능에 액세스할 필요가 없어 측정의 부정확성이 최소화됩니다.

결과는 기존 이론에 따라 수소와 반수소가 정확히 동일한(거울상이기는 하지만) 특성을 갖는지 여부를 보여줄 것입니다.

이는 138억년 전 빅뱅에서 동일한 양의 물질과 반물질이 생성되었다고 일반적으로 알려져 있음에도 불구하고 오늘날 우주에 반물질이 거의 없는 것처럼 보이는 이유를 밝힐 수 있습니다.

영국은 ALPHA의 주요 파트너이며 세슘 분수가 제공하는 역량은 저에너지 반물질 연구 분야의 글로벌 리더로서 영국의 위상을 강화합니다.

제인 니콜슨, EPSRC 연구 기지 전무이사는 다음과 같이 말했습니다.

“이 흥미로운 장치는 반물질 특성을 연구하는 연구자 커뮤니티에서 선두 국가로서 영국의 역할을 더욱 공고히 할 것입니다.

"반물질에 의해 흡수되는 빛의 주파수를 측정하는 탁월한 정확도를 제공하는 원자 분수 시계는 세계적 수준의 시설에 대한 투자의 중요성과 획기적인 발견을 뒷받침하는 역할을 보여주며 학계 및 공공 부문 연구 설립 협력의 훌륭한 예입니다. ”

스테판 에릭슨 교수ALPHA의 세슘 분수 프로젝트를 이끌고 있는 Swansea University의 교수는 다음과 같이 말합니다.

“새로운 세슘 분수는 수소와 반수소가 동일한 방식으로 작용하는지 확인하려는 우리의 지속적인 노력에 필수적입니다.

"우리가 발견한 내용이 우주의 기본 구성 요소에 대한 이해를 높이는 데 도움이 되기를 바랍니다. 분수는 또한 계측 기술과 같은 기술을 양자 기술과 같이 국가적으로 중요한 분야에 적용할 수 있는 연구자를 교육함으로써 ALPHA가 영국에 혜택을 주는 데 도움이 될 것입니다. 사회에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다”고 말했다.