f116
| 16 |
|---|
태양 중성미자 부족 현상의 수수께끼.
...고전 일반 상대성 이론에서는 우주가 유일한 겹으로 구성되어 있다고 암묵적으로 가정한다. 어떤 이들은, 이와 다른 구조를 고려할 필요는 없다고 말한다.
그런데 말이다.
태양의 중심에서 일어나는 핵융합 반응은 에너지를 다음과 같은 형태로 방출한다:
- 광자 - 중성미자.
...중성미자는 물질과 거의 상호작용하지 않기 때문에, 태양을 쉽게 빠져나간다. 반면 광자 형태의 에너지는 태양의 표면, 즉 크로모스피어까지 흡수와 재방출을 반복하며, 별 내부의 대류에 의해 천천히 전달된다. 이 에너지가 크로모스피어에 도달하면 다시 광자 형태로 방출된다.
...지구에서는 이 지연을 제외하고 광자와 중성미자를 모두 감지할 수 있다. 최근까지는 중성미자 흐름을 측정하는 방법을 알지 못했지만, 우리 몸의 1cm³가 매초 100억 개의 중성미자가 지나가는 것으로 알려져 있다.
...이 흐름의 측정은 놀라운 사실을 드러냈다. 기대되는 중성미자 중 약 절반만 감지된다. 이는 태양 중성미자 부족 현상, 즉 태양 중성미자 부족이다. 이 현상에 대한 설명을 반드시 찾아내야 한다. 그렇지 않으면 태양(그리고 별들)의 역학에 대한 우리의 모든 지식이 무너질 것이다.
...내가 알빈 미셸 출판사에서 출간한 최근의 책, "우리는 우주의 절반을 잃어버렸다"의 첫 번째 부분에서, 별들의 작동 원리에 대한 이론적 이해가 충분하다고 썼다. 그러나 상황은 변하고 있다. 다음 책에서는 다음과 같은 장을 포함해야 할 것이다:
우리는 태양 중성미자의 절반을 잃어버렸다.
...일부 이론 물리학자들은 충격을 받고, 또 다른 일부는 기뻐한다. 왜냐하면 이는 양자역학이 실제로 실패하는 첫 번째 현상이기 때문이다. 이 문제를 다시 다뤄야 할 때가 왔다.
하나의 우주, 아니면 두 개의 우주?
현재 어떤 추측적인 아이디어들이 있는가?
두 가지 주요 참조: R. Foot and R.R. Volkas, Phys. Rev. D Vol. 52, No. 11, Dec 1, 1995; Z.G. Berezhiani and R.N. Mohapatra, Phys. Rev. Vol. 52, No. 11, Dec 1, 1995.
...Foot와 Volkas는 우주가 두 개의 "섹터", 즉 우리 섹터와 "거울 섹터"로 구성되어 있다고 생각한다. 거울 섹터는 반대 방향의 입체 대칭, 즉 "P-대칭"을 갖는다. 따라서 핵융합에서 발생하는 에너지는 고전적인 중성미자와 "거울 중성미자", 즉 두 번째 "섹터"에 속하는 중성미자(전자, 뮤온, 타우 중성미자와 그 반입자 포함)를 모두 포함한다. 섹터, 겹, 층: 동의어이다.
...우리 우주는 대칭이 아니다. 우리는 '파리티 원리 위반'이 일어나는 장소라고 할 수 있다. 오른쪽 방향의 반응과 그 거울상 반응은 같은 속도로 진행되지 않는다. 고전적 참조: T.D. Lee와 C.N. Yang, Phys. Rev. 104, 254 (1956)
...Foot와 Volkas는 우주가 거울 세계(mirror universe)라는 대칭을 가지며, 이 거울 세계에서는 파리티 원리 위반이 반대 방향으로 일어난다고 가정하여 우주를 대칭화한다. 동시에 우리는 군 이론을 이용해 중성미자가 "작은 형제"를 가지며, CPT 대칭을 갖는 모델을 구축했다.
...자세한 내용은: J.P. Petit & P. Midy, "Geometrization of antimatter through coadjoint action of a group on its momentum space." 3: Twin group. [사이트: Geometrical Physics B, 1-3], 1998.
...또 다른 문제는, 우리 우주에 원시 반물질이 존재하지 않는다는 점이다. 보통, 가장 초기 상태의 우주는 스티븐 와인버그의 말을 빌리면 "다양한 복사"로 이루어져 있었다. 광자는 입자-반입자 쌍을 만들어내며, 이들은 서로 반대 전하를 지니기 때문에 곧바로 서로를 소멸시킨다(예: 전자와 반전자). 초기 우주(헤브라이어의 토호보후)는 매우 격렬한 혼합 상태였으며, 복사가 지속적으로 물질-반물질로 전환되고, 다시 반대로 전환되었다. 이후 우주의 팽창으로 인해 광자의 에너지가 낮아지면서, 더 이상 이런 쌍을 생성할 수 없게 되었다. 이에 따라 우주는 급속도로 물질이 사라지기 시작했다. 13초 후에는 모든 것이 결정된다. 그런데 문제는, 왜 우리는 여기에 존재하는가? 왜 이 소멸이 완전하지 않았는가? 답은 없다.
...이에 따라 안드레이 사하로프가 처음으로, 단 하나의 우주가 아니라 두 개의 우주가 동시에 생성되었을 수 있다고 제안했다.
A. Sakharov: "CP 위반과 우주의 바리온 비대칭", ZhETF Pis'ma 5: 32-35 (1967); 영역 번역 JETP Lett. 5: 24-27 (1967)
A. Sakharov: "다중 겹 우주론 모델", 모스크바 응용수학연구소 보고서, 1970
A. Sakharov: "시간 벡터 역전을 가진 우주론 모델", ZhETF 79: 689-693 (1980); 영역 번역 Sov. Phys. JETP 52: 349-351 (1980)
A. Sakharov: "초기 입자의 위상 구조와 CPT 비대칭", "이론 물리학의 문제들", I.E. 탐의 추모에 바침, Nauka, 모스크바 1972, pp. 243-247
세부 사항: 이 두 우주에서는 시간의 화살표가 서로 반대 방향이다. 일부 논문에서 안드레이 사하로프는 이 "쌍둥이 우주"가 서로 거울상 대칭일 수도 있다고 언급했다.
다른 접근법: 초끈 이론. 이는 슈warz(캘텍), 그린(퀸 메리 칼리지), 노벨상 수상자 아브두스 살람(트리에스테 이론물리학센터 소장, 런던 임페리얼 칼리지 교수)이 제안한 아이디어들이다.
기초: 군과 E8 × E8 모델. 참조: "초끈, 전부를 설명하는 이론인가?" PC.W. Davis & J. Brown, 캠브리지 대학교 출판사, 1988.
존 슈warz: 두 번째 E8 대칭은 종종 '그림자 물질'(shadow matter)이라 불리는 다른 종류의 물질을 의미한다. 이 구성 요소로 이루어진 물체는 우리에게 완전히 보이지 않는다.
마이클 그린: 이 이론들에서 도출되는 예측 중 하나는 우리가 직접 관측할 수는 없지만, 중력 힘을 통해 우리와 상호작용할 수 있는 새로운 종류의 물질이다. 이 그림자 물질의 입자들은 다른 힘을 통해 서로 상호작용할 수 있다.
아브두스 살람: 초끈 이론에서 나오는 우주는 우리 우주의 반사판과 같은 존재이지만, 중력 힘을 통해서만 상호작용할 수 있다. 흥미로운 점은, 이 우주가 우리 우주에서 초대칭이 어떻게 깨지는지를 결정하며, 다양한 입자의 질량 값에 대한 비밀을 조금 밝혀줄 수 있다는 점이다.
하지만 지금까지는 이 정도로 그친다. 초끈 이론도 마찬가지다.
...그럼에도 불구하고, 서로 밀접하게 얽혀 있으며 중력 외에는 상호작용하지 않는 두 개의 우주를 어떻게 표현할 수 있을까? 우리는 필터 안경을 쓴 두 팀의 선수들을 상상할 수 있다. 이들은 상대 팀의 말을 보지 못하게 된다. 그러나 각 팀은 상대 팀의 말이 가까이 있다는 것을 추측할 수 있다. 마치 '유연한 체스판' 위에서 말이 움직이는 것처럼:
...물질의 말(검은 칸에 놓인 말)은 '유령 팀'의 여왕을 보지 못하지만, 체스판의 곡률(중력)을 통해 그 존재를 감지할 수 있다. 아래를 참조하시오:
../../../bons_commande/bon_global.htm
**
이 페이지의 조회 수 (2004년 7월 1일 이후)** :