아인슈타인의 '원거리 기묘한 작용' 양자얽힘 입증

CERN CMS 협력단, 성과 공개…"입자물리학 다시 써야할지도"

아인슈타인이 우주에서 가장 빠른 속도라고 생각했던 빛보다 더 빨라 '원거리의 기묘한 작용'이라고 불렀던 톱쿼크와 반물질 쿼크 간 원거리 '양자얽힘'이 처음 입증됐다.

쿼크는 우주 빅뱅 당시 생성된 것으로 알려진 기본입자 6종을 말한다. 톱 쿼크는 이 가운데 질량이 가장 무거운 입자다.

원거리의 기묘한 작용은 두 입자가 얽혀 있을 때, 한 입자 상태를 측정하면 거리와 상관없이 다른 입자 상태가 마치 서로 통신한듯 즉각 다른 상태가 되는 현상을 말한다.

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예를 들어 지구에서 동전을 던져 한면이 결정되면 다른 면이 달에서 즉각 결정되는 것과 같다.

사이테크뉴데일리 24일자(현지시간) 보도에 따르면 유럽입자물리연구소(CERN) 컴팩트 뮤온 솔레노이드(CMS) 협력단이  처음으로 불안정한 톱 쿼크와 그 반물질 쿼크사이에서 양자얽힘이 빛의 속도 통신 범위를 넘어서는 거리에서도 지속된다는 사실을 발견했다.

연구팀은 대형 강입자 가속기(LHC)의 소형 뮤온 솔레노이드(CMS)를 이용해 17마일 길이의 지하 트랙에 광속에 가까운 속도로 고에너지 입자를 가속했다.

연구팀은 "장거리 및 고속에서 지속되는 상부 쿼크와 상부 반물질 쿼크 사이에서 양자얽힘' 현상을 관찰했다"고 설명했다.

두 입자 간 거리가 아주 짧은 경우에는 양자 얽힘 현상인지 아니면 한 입자의 상

태 정보가 다른 입자에게 광속(1초에 30만㎞)으로 전달돼 마치 얽힘과 유사

한 현상으로 보이는 것인지 사실 구분하기 어렵다.

양자 얽힘 현상이 관찰되는 시간에 광속으로도 도달할 수 없을 정도로 충분히 먼 거리에서 실험을 해야 양자 얽힘 현상이 입증될 수 있다.

이에 따라 이 발견은 빛의 속도 통신 범위를 넘어서는 거리에서도 입자 행동을 확장시킬 수 있기 때문에 고에너지 양자 역학이 새로운 영역에 들어섰다는 것을 의미한다는 것이 연구팀 설명이다.

이 연구는 로체스터 대학교 레지나 데미나 물리학 교수 연구팀이 진행했다.

연구팀은 "톱 쿼크에서의 얽힘을 확인함으로써 매우 높은 에너지가 관련된 상황에서 양자 행동을 연구할 수 있게 됐다"며 "우주의 근본적인 본질에 대한 새로운 통찰력을제공할 입자물리학을 새로 써야할지도 모른다"고 설명했다.

한편 CERN은 지난 2012년 우주 질량의 기원을 설명하는 '힉스보손(iggs boson)을 발견했다.