나노기술 및 정책 정보

• 목록

스위스 폴 쉐러 연구소(Paul Scherrer Institute PSI)의 연구진은 헬륨 원자핵 반경을 기존보다 5배 더 정확하게 측정함. 이러한 측정을 위해 뮤온이 필요하며, 이 입자는 전자와 유사하지만 약 200배 더 무거움. 실험을 위해 소위 저에너지 뮤온이 충분히 생산되는 실험실이 필요하고, PSI는 세계 유일한 실험 장소임.

일반적으로 두 개의 음전하를 띤 전자가 양전하를 띤 헬륨 핵을 공전하는데, 연구진은 일반 원자로 작업하지 않고 두 전자가 단일 뮤온으로 대체된 원자로 작업함.

PSI는 입자 가속기를 사용하여 뮤온을 생산하며, 낮은 에너지로 뮤온을 생성한다는 것이 특징임. 이것은 뮤온이 전자를 궤도 밖으로 던져서 대체하는 원자를 형성할 수 있는 유일한 방법임. PSI 시스템은 전 세계의 다른 모든 비교 가능한 시스템보다 더 많은 저에너지 뮤온을 제공함.

PSI 연구진은 이미 2010년에 같은 방식으로 양성자의 반경을 측정했지만 당시 그 값은 다른 측정 방법으로 얻은 값과 일치하지 않았음. 이번에는 새롭고 더 정확한 값과 다른 방법으로 얻은 값 사이에 모순이 없음.

원자핵은 물리학의 네 가지 근본적인 힘 중 하나인 강한 상호 작용에 의해 결합되며, 양자 색 역학으로 알려진 강력한 상호 작용 이론을 통해 물리학자들은 몇 개의 양성자와 중성자로 헬륨 핵과 다른 가벼운 원자핵의 반경을 예측할 수 있기를 원함.

헬륨 핵 반경에 대해 매우 정밀하게 측정된 값은 이러한 예측을 테스트하고, 이는 또한 핵 구조의 새로운 이론적 모델을 테스트하고 원자핵을 더 잘 이해할 수 있게 함.

본 연구 성과는 Nature ("The alpha particle charge radius from laser spectroscopy of the muonic helium-4 ion")에 게재됨.