{{위키데이터 속성 추적}}
{{미해결|물리학|왜 우주에서 물질의 개수와 반물질의 개수가 서로 다른가?}}
[[물리학]]에서 '''중입자 비대칭'''(baryon asymmetry) 문제란, [[관측 가능한 우주]] 내에서 [[중입자]]와 [[반물질|반-중입자]]의 개수가 서로 다른 현상을 의미한다. [[입자물리학]]의 [[표준 모형]]과 [[일반 상대성이론]] 양쪽에서도 왜 이렇게 관측되는지 설명해주지 못하고 있으며, 여러 이론들에 따르면 오히려 우주는 [[전하 (물리학)|전하]]가 보존된다는 가정이 더 자연스럽다.<ref>{{서적 인용|title=Particle and astroparticle physics |first=Utpal |last=Sarkar |pages=429 |publisher=CRC Press |year=2007년 |isbn=1-58488-931-4}}</ref> [[대폭발]] 이후 정확하게 같은 양의 [[물질]]과 [[반물질]]이 생성되어야 했으나, 관측 결과는 이와 맞지 않다. 이로 인해, 물질과 반물질에 관해서는 일부 물리법칙이 다르게 작용했거나 이와 관련된 법칙이 작용하지 않은 것처럼 보인다.

[[중입자 생성]] 과정에서 이러한 비대칭 현상을 설명해주는 여러 이론이 존재한다. 그러나, 아직 이 현상을 설명해주었다는 인정을 받은 이론은 없다. 2012년 한 물리학 논문에서는 "물질 생성은 우주의 가장 큰 신비 중 하나이다"라고 말하고 있기까지 하다.<ref name=MatterAndAntimatterInTheUniverse/>

== 중입자 비대칭을 설명하는 이론들 ==
=== CP 위반 ===
{{본문|CP 위반}}

중입자 비대칭이 일어나는 [[사하로프 조건]] 중 하나는 물질 생성 비율이 반물질 생성보다 더 빠르게 작용하는 과정이 있었다는 것이다. 이를 [[CP 위반]]이라고 한다. 표준 모형에서는 [[약한 상호작용]]이 작용하는 가운데 [[쿼크 섞임]] 중 복잡한 과정을 통해 CP 위반이 일어난다. [[렙톤 섞임]] 과정에서도 0이 아닌 CP 위반이 일어날 것으로 추정하고 있으나 정확한 실험은 하지 못하고 있다. CP 위반은 1964년 [[케이 중간자|케이온]]과 관련된 피치-크로닌 실험 중 처음 관측하였으며, 이 실험으로 [[제임스 왓슨 크로닌]]과 [[밸 로그즈던 피치]]는 1980년 [[노벨 물리학상]]을 받았다. 만일 이것이 맞을 경우, 중입자수 위반과 관련된 제한으로 인해 표준 모형의 CP 위반만으로는 관측 가능한 우주의 중입자수 비대칭을 설명하기에는 부족하므로 [[표준 모형 이후의 물리학|표준 모형을 넘어선 물리학]] 이론이 필요하다.

=== 반물질이 많은 우주 구역 ===
중입자 비대칭을 설명하는 또 다른 가설로는 [[우주]]가 물질이 많은 구역과 반물질이 많은 구역으로 나누어져 있다는 추측이다. 매우 먼 거리에서는 물질 원자와 반물질 원자를 구분할 수 없으며 물질, 반물질 모두 같은 방식으로 광자를 방출한다. 하지만 물질 영역과 반물질 영역의 경계선에는 서로 쌍소멸하면서 엄청난 [[감마선]]을 내뿜을 것이다. 이 경계선을 얼마나 확실하게 알 수 있는지는 물질과 반물질의 밀도에 따라 달라진다. 만일 이러한, 쌍소멸이 일어나는 공간이 실제로 존재한다면 깊은 은하계 사이 공간에 있을 가능성이 높다. 은하계 사이 공간의 물질 밀도는 1m²당 1개의 원자가 존재한다.<ref>{{서적 인용|last=Davidson |first=Keay |last2=Smoot |first2=George |author2link=George Smoot |title=Wrinkles in Time |publisher=Avon |location=New York |year=2008년 |isbn=0061344443 |pages=158–163 }}</ref><ref>{{서적 인용|last=Silk |first=Joseph |authorlink=Joseph Silk |title=Big Bang |location=New York |publisher=Freeman |year=1977년 |page=299 |url=https://books.google.com/books?id=XLwe1lUmz5kC}}</ref> 경계선의 밀도가 이것과 같다고 가정하면 경계지역에서 방출하는 감마선의 양을 계산할 수 있다. 이러한 감마선을 대량으로 방출하는 지역은 아직 관측되지 않았으나, 30년간의 연구에서는 이 경계가 얼마나 멀리 있을지에 대해 추측하고 있다. 이 분석에 기초하면, 아직 관측 가능한 우주 내에서는 반물질이 많은 지역이 없는 것으로 추측하고 있다.<ref name=MatterAndAntimatterInTheUniverse>{{저널 인용 |first=L. |last=Canetti |first2=M. |last2=Drewes |first3=M. |last3=Shaposhnikov |title=Matter and Antimatter in the Universe |journal=New J.Phys. |year=2012년 |volume=14 |pages=095012 |doi=10.1088/1367-2630/14/9/095012 |arxiv = 1204.4186 |bibcode = 2012NJPh...14i5012C }}</ref>

=== 전기 쌍극자 모멘트 ===
어떠한 기본입자라도 [[전기 쌍극자 모멘트]](EDM)이 존재한다고 가정하면 P대칭과 T대칭이 위반된다. 이와 같이 EDM으로 입자와 반입자가 서로 다른 속도로 붕괴되어, 현재 관측시의 물질-반물질 값이 서로 다르게 나올 수 있다. 현재 다양한 입자의 EDM을 측정하기 위한 실험이 계속되고 있다. 현재까지 이루어진 모든 측정 결과로는 EDM이 0인 것으로 측정되었다. 그러나, 물리 모델에서 대칭 위반의 양을 매우 엄격하게 적용하면 결과값이 거의 안보일 수 있다. 2014년엔 산화[[토륨]](ThO) 분자 펄스빔을 이용하여 전자의 EDM 상한선을 측정했다.<ref>{{저널 인용 |author=The ACME Collaboration |title=Order of Magnitude Smaller Limit on the Electric Dipole Moment of the Electron |journal=Science |volume=343 |issue=269 |pages=269–72 |date=2014년 1월 17일 |url=http://www.sciencemag.org/content/343/6168/269.full |doi=10.1126/science.1248213 |display-authors=etal |pmid=24356114}}</ref>

== 같이 보기 ==
* [[중입자 생성]]
* [[CP 위반]]
* [[물리학의 미해결 문제 목록]]

== 각주 ==
{{각주}}

{{전거 통제}}

[[분류:천체물리학]]
[[분류:물리학의 미해결 문제]]
[[분류:비대칭]]