기초과학

하이퍼트리톤과 안티하이퍼트리톤의 질량 및 결합에너지 정밀 측정

발행일 : 2020 / 03 / 16

푸단대학교/중국과학원 상하이응용물리연구소 중이온물리연구팀은 하이퍼트리톤(hypertriton)과 안티하이퍼트리톤(antihypertriton)의 질량 및 결합에너지에 대한 정밀 측정을 달성하였다. 해당 성과는 “Nature Physics”에 게재되었다.

실험 결과에 의하면 하이퍼트리톤 Λ(Lambda) 분리에너지는 초기 측정 결과에 비해 약 3배 큰 것으로 나타났다. 이로써 약 50년 전에 측정한 하이퍼트리톤의 Lambda 분리에너지 결과를 업데이트하였다. 또한 하이퍼트리톤과 안티하이퍼트리톤의 상대적 질량은 10,000분의 1 정밀도 하에서 그 차이가 없으며, CPT(하전공액변환—패리티반사—시간반전) 대칭성이 야릇한 물질(Strange matter)의 원자핵에서 성립됨을 검증하였는데 이는 지금까지 CPT 대칭성으로 검증한 가장 무거운 반물질(antimatter) 원자핵이다.

2014년과 2016년에 STAR 검출기로 수집한 금-금(Gold-Gold) 충돌에 의해 생성된 대량 실험데이터 분석을 통해 연구팀은 약 46억 개 충돌사건으로부터 156개 하이퍼트리톤 신호 및 57개 안티하이퍼트리톤 신호를 검출하였다.

해당 연구는 세계 최초로 안티스트레인지 쿼크(antistrange quark) 원자핵 하이퍼트리톤과 안티하이퍼트리톤의 질량 차이를 정밀 측정하였을 뿐만 아니라 10,000분의 1 정밀도에서 CPT 대칭성이 하이퍼핵(hypernucleus)에서 성립됨을 검증하였다. 해당 측정 결과는 표준 모델 파라미터 확장에 실험적 한계를 제공할 전망이다.

하이퍼트리톤 Lambda 분리에너지 측정은 중성자별 성질 이해에도 핵심적 도움을 제공한다. 이번 하이퍼트리톤 Lambda 분리에너지 측정은 하이퍼론-핵자(hyperon–nucleon) 간 상호작용 강도가 아마도 학계의 초기 인식에 비해 훨씬 강함을 시사한다. 최신 측정 결과는 하이퍼론-핵자 간 상호작용을 이론적으로 계산하는데 보다 정확한 한계를 제공할 전망이다.

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