초록 ▼

□ 연구개요
GBAR 실험은 극저온의 반수소를 생성한 후 지구 중력장에서 자유 낙하시켜 그 중력 가속도를 측정하고 이로부터 물질(지구)과 반물질(반수소) 사이의 중력 상호작용을 측정함으로써 아인슈타인의 등가원리를 검증하는 실험이다. 극저온의 반수소 생성을 위하여 우선 높은 밀도의 포지트로늄과 낮은 에너지의 반양성자 빔을 충돌시켜 반수소 이온을 생성한다. 이를 냉각시켜 극저온의 반수소 이온을 생성 후 레이저 조사를 통해 양전자 하나를 떼어낸 반수소가 만들어진다. 이 반수소가 진공 용기에서 자유낙하 후 소멸하고 이때의 파이온을 측

□ 연구개요
GBAR 실험은 극저온의 반수소를 생성한 후 지구 중력장에서 자유 낙하시켜 그 중력 가속도를 측정하고 이로부터 물질(지구)과 반물질(반수소) 사이의 중력 상호작용을 측정함으로써 아인슈타인의 등가원리를 검증하는 실험이다. 극저온의 반수소 생성을 위하여 우선 높은 밀도의 포지트로늄과 낮은 에너지의 반양성자 빔을 충돌시켜 반수소 이온을 생성한다. 이를 냉각시켜 극저온의 반수소 이온을 생성 후 레이저 조사를 통해 양전자 하나를 떼어낸 반수소가 만들어진다. 이 반수소가 진공 용기에서 자유낙하 후 소멸하고 이때의 파이온을 측정하여 중력 가속도를 측정하는 것이다.
본 연구는 GBAR 실험의 초기 준비에 필요한 핵심적인 연구수행을 목표로 하며 특히 반양성자 빔 감속, 양성자 빔 생성, 포지트로늄 생성 및 측정 그리고 반수소 소멸시의 신호 측정을 세부 목표로 하고 있다.

□ 연구 목표대비 연구결과
최종 연구 목표인 반물질과 물질 사이의 중력 상호작용 측정을 위한 GBAR 실험의 개발단계에서 본 연구원은 핵심적인 구실을 하였다. 기본의 세부 연구 목표는 반양성자와 포지트로늄 반응에 의한 반수소 이온의 생성 단면적 측정과 자유낙하 측정장치 개발의 두 개로 이루어져 있다.
반수소 이온의 생성실험을 위한 준비 단계 중 포지트로늄 측정 자체의 경우 GBAR 실험 자체가 지연됨에 따라 내년 초에 측정을 계획하고 있다. 문제가 없으면 내년 초에 실험이 마무리되고 데이터 분석 및 결과를 도출할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 반양성자 빔의 경우 반양성자 빔 감속기 개발 및 테스트를 수행했고 성공적으로 반양성자 빔을 감속시켰다. 이는 본 연구원의 목표에는 포함되지 않았던 세부 목표지만 연구의 속도를 올리기 위하여 추가 목표로써 수행하였다.
반수소 소멸반응 측정방법 개발에 경우에는 TOF 측정 장비를 이용한 시뮬레이션 및 켈리브레이션을 수행하여 적절한 결과를 내었다. 현재 반수소 소멸반응 측정이 가능한 상태로 판명되었다.
결과적으로 빔을 기본으로 하는 새로운 실험이라는 점에서 그 일정이 미루어져 성과가 연구 기간 안에 학술지로 출판되지는 못하였으나 본 연구 자체가 목표에 맞추어 마무리되어감에 따라 조만간 결과들이 출판될 것으로 기대하고 있다.

□ 연구개발결과의 중요성
물질 반물질 비대칭을 포함하는 우주의 미스터리를 해결하기 위한 많은 실험적 그리고 이론적 시도가 이어지고 있다. 물질과 반물질 사이의 중력 상호작용 값은 지금까지는 물질과 물질 사이의 상호작용과 같을 것이라 가정되어 왔지만, 이 기본 상호작용은 가장 기본적인 상호작용의 하나임에도 불구하고 기술의 한계로 지금까지 제대로 측정되지 못했다. 즉 본 연구는 기본상호작용에 대한 검증으로써 그 의미가 있으며 더하여 물질과 반물질의 중력 상호작용이 기대와 차이가 남을 확인한다면 아직 풀리지 않은 우주의 수수께끼를 풀 수 있는 중요한 방향을 제시할 것으로 기대하고 있다. 기술적 측면에서 ~uK 온도의 초저온 반수소를 생성, 높은 밀도의 양전자와 포지트로늄 생성 등등 GBAR 실험의 여러 기술개발은 현재 기술의 한계를 넘어서는 도전이라 할 수 있겠다. 본 연구에서 개발한 결들은 이러한 GBAR 실험에서의 필수적 연구들로 개발된 장치들은 모두 GBAR 실험에서 핵심적인 임무를 수행할 것이다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 1) 포지트로늄 생성과 측정 ... 4
• 2) 반양성자 감속 장치 개발 및 운용 ... 6
• 3) 양성자 빔 라인 개발 ... 6
• 4) 반수소 소멸반응 측정방법 개발 ... 7
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 8
• 4. 참고문헌 ... 9
• 5. 연구성과 ... 9
• 끝페이지 ... 10