입자 가속기 // 과학

CMS와 LHCb 연구진이 표준 모형의 예측에서 벗어난 희귀 입자 붕괴 징후를 포착했다 ¹. 이들은 최근 열린 고에너지 물리학 국제 컨퍼런스(ICHEP)에서 해당 결과를 발표하며 표준 모형에 대한 엄격한 검증을 수행했다 ¹. 이어 옥스퍼드 대학교 물리학자들은 입자가 자기장을 통과하지 않고도 이에 반응하는 기이한 양자 효과를 하이브리드 양자 컴퓨터를 통해 재현해 냈다 ³.

한편 독일 다름슈타트의 GSI/FAIR 연구팀이 이끄는 국제 공동 연구진은 초중원소 화합물의 화학적 안정성을 세계 최초로 측정했으며, 상대론적 효과로 인해 결합력이 예상보다 약하다는 사실을 밝혀냈다 ¹⁰. 오번 대학교 물리학자들은 레이저 광선을 이용해 결정 내부의 작은 전기 충전 '섬'들에 질서를 부여하며 수십 년 된 의문을 해결했다 ⁸. 새로운 분광법을 통해 중원소 전반의 핵 크기를 직접 비교하는 일이 가능해졌고 ⁷, 감속된 빛을 이용해 아주 작은 물체의 중력 인력을 감지하는 새로운 센서가 개발되었다 ⁴. 이와 함께 자외선 레이저 펄스로 양자 큐비트를 손상시키지 않고 다이아몬드 결함을 선택적으로 설계하는 기술이 등장했다 ⁶. 2D d-웨이브 알터마그넷의 원자 규모 스핀 센싱이 헬리컬 터널링을 통해 구현되었으며 ², 분자 스핀 체인이 초전도체와 패리티 의존적으로 결합한다는 점이 주사 터널링 분광법으로 확인되었다 ¹¹. 고체 재료 내 스핀 결함이 에너지를 잃는 과정은 양자 계산으로 드러났다 ⁹. 비엔나의 핵시계는 계속 작동한다 ⁵.

CERN의 거대 강입자 가속기 연구진이 초기 우주를 채웠던 초고온 물질인 쿼크-글루온 플라스마가 진정한 액체처럼 행동한다는 가장 명확한 증거를 포착했다 ². 이와 함께 물리학자들은 초저온 가스 상태에서 '베테 스트링'이라 불리는 특이한 양자 상태를 생성하여 직접 관측하는 데 성공했으며 ¹, 이는 한스 베테가 1931년에 예측한 내용이 약 한 세기 만에 실현된 결과다 ¹.

한편 비엔나에 세계 최초의 독립형 핵시계가 설치되어 작동한다 ⁶. 양자 얽힘 연구에서는 상온에서 유리 구체가 빛과 얽히는 현상이 구현되었고 ⁴, 글래스고 대학교와 도쿄 대학교 등이 참여한 국제 협력팀은 다공성 결정 내부의 전자 스핀을 빛으로 읽어내는 기술을 통해 차세대 양자 화학 센서의 경로를 열었다 ³. 우라늄 디텔루라이드에서는 전자 쌍이 '쌍 밀도 파동'이라는 물결 패턴으로 조직되는 특이한 초전도 거동의 증거가 발견되었다 ⁷. 또 바리온 접합이 양성자의 정체성을 부여한다는 강력한 증거가 제시되었으며 ⁵, 우라늄 기반 물질에서 희귀한 자기적 특성을 부여하는 숨겨진 나선형 원자 패턴이 확인되었다 ⁹. 이 밖에도 카고메 금속 CsV3S4라는 단일 양자 물질에서 두 가지 초전도 상태가 공존함이 밝혀졌고 ¹⁰, 음향 실험을 통해 갭리스 임계점에서 위상학적 성질이 유지될 수 있음이 입증되었다 ⁸.

레이저 기반 이온 가속의 가능성이 제시되었다 ². 이는 기존 입자 가속기의 대안으로 유망하다 ². 뮤온은 지구 상층 대기에서 우주선이 분자와 충돌하며 지속적으로 생성되며, 밀도가 높은 고체 물질을 깊숙이 투과하는 능력이 있어 활용된다 ¹. 원자 중심의 핵은 구형 집합체로 묘사되나, 실제로는 이색적인 형태로 변형될 수 있다 ³. 75년 전 영국 물리학자들이 최초의 입자 가속기를 발견하여 노벨상을 수상했다 ⁴. 호주 국립대학교(ANU) 연구진은 블랙홀과 중성자별의 충돌로 발생하는 중력파를 탐색하는 LIGO를 위해 새로운 광학 코팅을 설계했다 ⁵.

CERN의 거대 강입자 가속기 자석 교체 작업이 시작되었다 ¹. 이번 고광도 업그레이드의 일환으로 일부 핵심 자석을 교체하며, 새로운 초전도 자석은 약 40% 더 강한 자기장을 생성한다 ¹. 한편 입자 가속기가 빈 공간으로부터 암흑 물질을 생성할 가능성이 제기되었다 ².

스탠퍼드 연구진이 소리의 실시간 양자 도약을 기록했다 ¹. 단일 포논이 한 에너지 상태에서 다른 상태로 갑자기 사라지는 현상을 관찰한 결과다 ¹. 거대 강입자 가속기의 데이터를 분석한 물리학자들은 해당 장치가 미세한 양자 블랙홀을 생성했다는 증거를 발견하지 못했다 ². 상대론적 중이온 가속기의 STAR 검출기를 이용해 입자 충돌을 연구한 과학자들은 고밀도 핵물질의 상대적으로 덜 탐색된 영역에서 운동량 변동의 하락 지점을 발견했다 ³. CASPAR는 별 내부의 조건을 재현해 원소 생성 과정을 연구하며, 최근 불소를 새로운 표적으로 설정해 실험을 재개했다 ⁴.

CERN의 거대 강입자 충돌기에서 힉스 입자 붕괴 중 무거운 Z 보존들이 양자 얽힘 상태가 될 수 있다는 강력한 증거가 검출되었다 ¹. 과학자들은 전자의 더 무거운 친척 입자를 포함한 이색 원자인 뮤오늄의 제어된 빔을 생성하는 새로운 방법을 발견하였다 ². 이 성과는 중력에 대한 테스트를 가능하게 한다 ². 한편, 나탈리아 셀리우티나 박사 과정 연구원은 보석의 특성을 발견하기 위해 대만의 입자 가속기 등을 방문하였다 ⁴. 또한, 약 100달러 가격의 포켓 크기 검출기가 지구와 인체를 통과하는 보이지 않는 우주 입자 흐름을 포착할 수 있다 ³.

2026년 3월, BASE 협력단 연구진이 트럭에 실린 전용 트랩을 통해 반양성자를 도로로 운송하는 데 처음으로 성공했다¹. 이들은 92개의 반양성자를 운송하여 한 달 넘게 보관했다¹. CERN에서 이루어진 이 성과는 향후 외부 실험실에서 반물질을 사용하는 것을 가능하게 할 수 있으며³, 반물질 이동을 위한 실질적인 방법을 구축한 것이다⁴. 한편, ETH 취리히와 폴 셰러 연구소의 안나 소터 교수팀은 새로운 입자 빔을 통해 중력이 우주의 모든 입자에 동일하게 작용하는지, 혹은 일반 물질과 이색 물질 사이에 차이가 있는지 연구하고 있다².

원자, 분자, 신소재 조사를 위해 매우 짧고 강렬한 빛의 섬광이 필요하며 자유 전자 레이저(FEL)가 이를 생성한다 ¹. 옥스퍼드 대학교 물리학자들은 가장 무겁고 일시적인 입자들 사이에서도 양자 얽힘 현상이 발생한다는 점을 확인하는 데 기여했다 ². CERN의 새로운 연구는 우주선이 상층 대기를 타격하며 발생하는 입자들의 흐름을 분석했다 ³. 한편, 초저온 세슘 원자를 통해 1931년 한스 베테가 예측한 베테 스트링이라는 다입자 상태가 드러났다 ⁴. 비전통적 양자 이론은 시간 자체에 근본적인 불확실성이 존재하여 시계의 측정 정밀도에 궁극적인 한계가 있을 수 있음을 시사한다 ⁵.

양자 스핀 액체의 현실적인 양자 모델을 통해 고체 물질 내에서 거의 움직이지 않는 기이한 준입자인 프랙톤이 존재할 수 있다는 증거가 드러났다 ¹. 방사선 검출은 입자 가속기, 의료 영상, 보안 검색 및 과학 기기 등의 기술에 핵심적이다 ². 중국과학원 고에너지물리연구소가 이끄는 BESIII 협력단은 람다 하이페론의 전기 쌍극자 모멘트(EDM)에 대해 세계에서 가장 엄격한 직접 제한치를 설정했다 ³. 바르셀로나 폴리테크닉 대학과 유럽 싱크로트론(ESRF) 주도 연구진은 고대 도자기의 무지개 빛깔을 만들어낸 나노입자의 화학 반응을 밝혔다 ⁴.

한 실험에서 암흑 물질의 후보인 약하게 상호작용하는 거대 입자(WIMP)와 유사한 에너지 플래시가 포착되었다 ¹. 다른 탐색 과정에서는 XYZ 상태로 알려진 이색적인 아원자 입자 가족에 속할 가능성이 있는 두 가지 새로운 구조의 증거가 발견되었다 ².

SuperCDMS는 우주 물질의 85%를 차지하는 암흑 물질을 찾기 위해 지하 깊은 곳에서 절대영도에 가까운 온도로 냉각된 24개의 저온 결정체를 사용한다 ¹. 거대 강입자 가속기(LHC)의 물리학자들은 힉스 입자 쌍을 추적하고 있으며, 관련 내용은 최근 국제 컨퍼런스에서 다뤄졌다 ². 한 과학자는 강의 준비 과정에서 '갈륨 변칙'의 허점을 찾아내며 사라진 중성미자의 수수께끼에 대한 해결책을 제시했다 ³.

세계에서 가장 강력한 입자 가속기인 거대 강입자 충돌기(LHC)를 통해 전 세계 입자 물리학자들이 우주의 안정성 여부에 대한 답을 준비하고 있다 ¹. AI는 약 1조 번의 충돌당 한 번 발생하는 더블 힉스 신호에 대한 민감도를 높인다 ¹. 스위스 CERN 연구 시설의 물리학자들은 생명과 현재 세계의 구성 요소가 존재하기 전인 우주 초기 순간에 어떤 일이 일어났는지 연구하고 있다 ². 볼링핀 모양의 핵이 우주 초기 순간에 대한 새로운 관점을 제공한다 ². 원자 규모의 이중 슬릿 간섭계가 주사 투과 전자 현미경을 통해 입증되었다 ³.

물리학자들이 양성자 내부에서 물질의 근본적 성질 중 하나를 보존하는 숨겨진 특징을 발견했을 가능성이 제기되었다 ¹. RHIC 충돌 데이터는 바리온 수가 단순히 세 개의 입자에 의해 운반되지 않음을 시사한다 ¹. 한편, 양자 광 엔진은 원자와 광자 열역학을 고전 물리학과 연결한다 ². 이는 현대 양자 기술에서 열과 유용한 일의 정의에 관한 질문을 양자 물리학과 열역학의 연결로 잇는다 ².

물리학자들이 글루온으로 구성된 입자인 '글루볼'을 발견했다고 밝혔다 ¹. 해당 입자의 존재는 오래전부터 예측되었으나 검출까지는 수십 년이 소요되었다 ¹. 맨체스터 대학교 화학과, 방사화학 연구 센터, 광자 과학 연구소 소속 연구진이 스티브 리들 교수의 주도로 토륨 클러스터의 희귀 클래스에서 나타나는 자기적 특성의 원인을 밝혀냈다 ².

CERN의 연구에서 글루온이 원자핵 내부에서 어떻게 행동하는지에 대한 두 가지 상충하는 설명들을 실험적으로 구분할 수 있음이 나타났다 ¹. 한편 TU 도르트문트 대학교 물리학자들은 2024년 1월 반도체 내에서 진동이 수 시간 동안 안정적으로 유지되는 연속 시간 결정을 시연했다 ².