뮤온: 알려지지 않았던 '새로운 자연의 힘'에 대한 강력한 증거 발견

냉장고 문에 자석을 붙이는 것에서부터 농구대에 공을 던지는 것까지, 물리학의 힘은 우리 삶의 모든 순간에 작용한다.

우리가 매일 경험하는 모든 힘은 중력, 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력의 네 가지 범주로 알려져 있다.

 

 

다섯 번째 힘

이제, 물리학자들은 자연의 다섯 번째 기본 힘의 가능한 징후를 발견했다고 말한다.

네 가지 기본적 힘은 우주의 모든 물체와 입자들이 서로 상호작용하는 방법을 지배합니다.

예를 들어, 중력은 물체를 땅으로 떨어지게 하고, 무거운 물체는 바닥에 붙어 있는 것처럼 행동하게 한다.

 

영국의 STFC(Science and Technology Facilities Council)는 미발견된 아원자 입자 또는 새로운 힘의 존재에 대한 강력한 증거를 제공한다.

 

 

뮤온(Muons)의 실험

그러나 Muon g-2 실험의 결과는 아직 결정적인 발견에 이르지 못했다.

현재 그 결과가 4.1 시그마 신뢰 수준(1/40000)인데, 5 시그마(우연일 가능성 1/3500000) 정도의 신뢰 수준이 필요하다.

이 실험의 영국 주역인 마크 랭커스터 교수는 "우리는 뮤온의 상호작용이 표준 모델[우주의 빌딩 블록이 어떻게 작용하는지를 설명하기 위해 널리 받아들여진 현재 이론]과 일치하지 않는다는 것을 발견했다"라고 말했다.

맨체스터 대학의 연구원: "분명히, 이것은 매우 흥미로운 일입니다. 왜냐하면 이것은 우리가 지금까지 보지 못했던 새로운 물리 법칙, 새로운 입자, 그리고 새로운 힘을 가진 미래를 잠재적으로 가리키기 때문입니다."

원자보다 더 작은 우리 세계의 빌딩 블록들이 있다. 이러한 아원자 입자들 중 일부는 훨씬 더 작은 성분으로 구성되어 있는 반면, 다른 입자들은 다른 어떤 것으로도 분해될 수 없다.

뮤온은 이러한 기본 입자 중 하나입니다. 전자와 비슷하지만 200배 이상 무겁다.

Muon g-2 실험은 14미터 고리 주위에 입자를 보낸 다음 자기장을 적용하는 것을 포함한다. 스탠더드 모델로 인코딩 된 현재의 물리 법칙에 따르면, 이것은 뮤온을 일정한 속도로 흔들게 한다.

그런데, 과학자들은 뮤온이 예상보다 빠른 속도로 흔들린다는 것을 발견했다. 이것은 전혀 새로운 자연의 힘에 의해 야기될 수 있다.

이론 물리학자들은 이것이 아직 발견되지 않은 아원자 입자와 연관될 수도 있다고 믿는다. 이 가상의 입자가 무엇인지에 대한 개념이 하나 이상 있는 데, 하나는 leptoquark, 다른 하나는 Z-prime boson라고 불린다.

 

지난달, LHCb의 Large Hadron Collider의 실험에서 일하는 물리학자들은 새로운 입자와 힘을 가리킬 수 있는 결과를 설명했다.

 

알라나흐 교수는 이론적인 모델에 가능한 다섯 번째 힘에게 다양한 이름을 붙였다. 그중에는 "flavour force"와 "third family hyperforce" 그리고 "B minus L2"가 있다.

 

친숙한 중력과 전자기력(전기와 자기를 담당하는 힘) 외에도 강한 핵력과 약한 핵력이 아 원자 입자의 행동을 제어한다.

다섯 번째 근본적인 힘은 최근 수십 년 동안 과학자들을 괴롭혀온 우주에 관한 큰 수수께끼 중 일부를 설명하는 데 도움이 될 것이다.

예를 들어 우주의 팽창이 가속화되고 있다는 관측은 암흑 에너지로 알려진 신비로운 현상에 기인했다. 그러나 일부 연구자들은 이전에 이것이 제5의 힘의 증거가 될 수 있다고 주장해왔다.

 

The physics that suggests there is a new force of nature - BBC Reel

Muons: 'Strong' evidence found for a new force of nature