반물질은 종종 영화와 소설에 공상 과학 개념으로 등장하며 우주선의 효율적인 연료로 묘사됩니다. 그 놀라운 에너지는 물질과 반물질이 만났을 때의 소멸 반응에서 비롯되며, 1g의 에너지는 히로시마 원자 폭탄 두 개와 같습니다. 이 에너지를 추진제로 사용하면 10g의 양은 우주선이 한 달 안에 화성에 도달하기에 충분합니다. 그러나 반물질을 만드는 데 드는 비용은 매우 높으며 추정치에 따르면 1g에 달하는 수천억 달러가 들 것으로 추정됩니다. 반물질이 왜 그렇게 에너지가 많고 비싼가요? 이번 호에서는 이 신비한 영역을 파헤칩니다.

영국의 물리학자 폴 디랙(Paul Dirac)은 입자물리학을 연구하던 중 상대성 이론을 소개하면서 전자의 거동을 설명할 수 있는 새로운 관점을 제시하는 유명한 디랙 방정식을 제안했습니다. 음의 준위 전자의 개념은 처음에 과학계를 혼란스럽게 한 그의 이론에 예기치 않게 나타났습니다. 그러나 Dirac은 이러한 음의 수준이 실제로 양전하를 띤 전자로 채워져 소위 "진공"을 생성한다고 제안했습니다. 그의 이론은 음의 에너지 준위의 문제를 설명했을 뿐만 아니라 전자의 반입자인 양전자의 존재를 예측했습니다.

1995에서 디랙은 더 나아가 모든 입자가 해당 반입자를 가져야 한다고 대담하게 예측했는데, 이는 완전히 반입자로 구성된 물질, 즉 오늘날 우리가 알고 있는 반물질이 있음을 의미합니다. 0년, 미국의 물리학자 칼 앤더슨(Carl Anderson)이 양전자를 실험적으로 발견하여 디랙의 이론을 확인했다. 그 이후로 과학자들은 반양성자 및 반중성자와 같은 다른 유형의 반입자를 발견했습니다. 0년, CERN은 반수소 원자를 만드는 데 성공했는데, 이는 인간이 반물질을 만드는 데 성공한 최초의 사례로 기록되었습니다.

아인슈타인의 질량-에너지 방정식 E=mc²는 질량과 에너지 사이의 변환 관계를 보여주는 현대 물리학의 중요한 초석입니다. 과학자들이 질량을 보다 효율적으로 에너지로 변환하는 방법을 계속 연구함에 따라 그들의 눈은 큰 잠재력을 가진 반물질로 바뀌었습니다. 반물질이 일반 물질과 만나면 엄청난 양의 에너지를 소멸시키고 방출하는데, 이 과정은 핵분열이나 핵융합의 에너지 전환율보다 훨씬 높습니다.

반물질의 놀라운 에너지에도 불구하고 반물질의 생산과 저장은 현재의 기술 조건에서 여전히 큰 도전입니다. 세계 최고의 실험실은 매우 적은 양의 반물질만 생산할 수 있으며 저장 시간이 극히 제한되어 있어 반물질의 적용이 여전히 매우 멀리 떨어져 있습니다. 따라서 에너지원으로서의 반물질의 잠재력은 엄청나지만 제조 비용은 엄청나며 현재 시장 가격은 그램당 약 5.0조 달러입니다.

거의 무한한 가능성을 가진 이 미래의 에너지원을 위해 인류는 그 힘을 진정으로 파악하기 전에 여전히 많은 어려움을 극복해야 합니다. 반물질의 미스터리와 응용에 대한 여러분의 통찰력을 기대합니다. 시청해주신 모든 분들께 감사드리며, 저는 우주를 탐험하는 가이드이며, 다음 편에서 뵙기를 기대합니다!