나노기술 및 정책 정보

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● 일본 교토대학교의 오노 코키 교수 연구팀이 이테르븀(Yb) 원자의 좁은 선폭 광학 천이(시계 천이, 파장 578nm(나노미터))의 동위원소 변이(isotope shifts)를 수 Hz의 정밀도로 측정하여 일반화된 ‘킹 플롯(king plot)’의 선형성을 세계 최초로 검증하고 새로운 입자가 존재할 때의 중성자·전자와의 결합의 강도 한계를 결정하는 데 성공

● 현재의 과립 물리학에서는 ‘표준 모형’이 성공을 거두고 있지만, 여러 가지 해결되지 않은 문제가 있으며 이를 초월하는 새로운 물리가 존재하는 것으로 보임

● 최근 ‘킹 플롯’이라 불리는 동위원소 변이(동위원소 사이에서 미미하게 다른 전기 천이의 공명 주파수 차) 간에 이루어지는 선형성을 검증함으로써 전자·중성자 간의 상호작용을 매개하는 새로운 입자를 탐구하는 방법이 제안되었으며, 이를 계기로 동위원소 변이의 정밀 측정이 활발하게 이루어지고 있음

● 연구진은 중성 Yb 원자 4개의 짝수 핵 안정 동위원소 쌍 (A, A’) = (168, 170), (170, 174), (172, 174), (174, 176)에 대하여, 6s2 1S0 – 6s6p 3P0 천이(파장 578nm)의 동위원소 이동을 측정하였으며, 수 Hz(상대 불확실성 10-9)에서 시계 천이의 동위원소 변이 측정에 성공하고, 짝수 핵 동위원소 쌍 외에 절대주파수가 측정되고 있음(170, 174)을 확인

● 본 연구는 표준 모형의 범위 내에서 높은 정밀도로 성립되는 것으로 알려진 동위원소 변이 간의 선형 관계를 실험적으로 검증하고, 확인된 선형성으로부터 새로운 입자가 존재할 때 고려되는 중성·전자와의 결합 강도의 상한을 결정한 것으로, 향후 정확도가 높은 동위원소 변이 측정이 이루어지게 될 경우 보다 결합 정수가 작은 새로운 입자의 존재를 밝힐 수 있을 것으로 기대

※ Physical Review X 게재(2022.05.10.), “Observation of Nonlinearity of Generalized King Plot in the Search for New Boson”