보이지 않는 것을 탐지하기 – 3D 프린팅으로 지원받는 암흑 물질 사냥 연구자들

The hunt for one of the universe’s darkest secrets continues as scientists seek out the mysteries of dark matter. Dark matter is responsible for core actions in the solar system such as the formation of galaxies, but is notoriously difficult to detect. A new study put forth by researchers from the University of Nottingham’s’ School of Physics and Astronomy demonstrates a method of detecting dark matter using a specially designed vacuum system. Here’s what you need to know.

암흑 물질이란 무엇인가?

Ordinary matter is what people consider to be everything. Anything that takes up space and has mass falls in this category from the largest star to the smallest atom. Surprisingly, this type of matter is only a small part of the equation. Specifically, it only takes up about 5% of the universe’s composition.
일반 물질은 사람들에 의해 모든 것으로 여겨지는 것입니다. 공간을 차지하고 질량을 가진 모든 것은 가장 큰 별부터 가장 작은 원자까지 이 범주에 속합니다. 놀랍게도, 이 종류의 물질은 전체 중 아주 작은 부분에 불과합니다. 구체적으로, 우주의 구성에서 약 5%만 차지합니다.
Researchers have concluded that 30% of the universe is composed of black energy, another mysterious force scientists have been studying for some time. The remaining 69% is dark matter. Researchers have made many assumptions about this force.
연구자들은 우주의 30%가 블랙 에너지로 구성되어 있으며, 이는 과학자들이 오랫동안 연구해 온 또 다른 신비한 힘이라고 결론지었습니다. 나머지 69%는 암흑 물질입니다. 연구자들은 이 힘에 대해 많은 가정을 해왔습니다.
Some believe that dark matter is composed of primordial black holes, while others have concluded that these must be undiscovered subatomic particles. Despite their positions, all agree that science doesn’t have sensitive enough equipment to capture this level of energy yet.
일부는 암흑 물질이 원시 블랙홀로 구성되어 있다고 믿는 반면, 다른 이들은 아직 발견되지 않은 아원자 입자일 것이라고 결론지었습니다. 그들의 입장은 다르지만, 모두 과학이 아직 이 수준의 에너지를 포착할 만큼 민감한 장비를 갖추지 못했다고 동의합니다.

암흑 물질은 어떻게 발견되었는가?

Astronomers first mentioned dark matter in 1933. A Swiss-American astronomer named Fritz Zwicky was surprised to find that the Coma Cluster galaxy defied known astronomical beliefs of the time. The galaxy had only 1% of the mass needed to hold the galaxies together.
천문학자들은 1933년에 처음으로 암흑 물질을 언급했습니다. 스위스-미국 천문학자 프리츠 즈윅키는 콤마 은하단이 당시 알려진 천문학적 믿음에 어긋난다는 사실에 놀랐습니다. 그 은하는 은하들을 결합시키기에 필요한 질량의 단 1%만을 가지고 있었습니다.

He theorized that there must be some other form of matter providing the mass to hold the galaxies in place. This elusive substance acted as a structural support and roadmap for the formation of new stars, galaxies, and more. Notably, he could tell mathematically that the mass existed, but it would take many more years of research before scientists could accurately recreate dark matter anomalies consistently and in a measurable manner.
그는 은하들을 제자리에 고정시키는 질량을 제공하는 다른 형태의 물질이 존재해야 한다고 이론화했습니다. 이 잡기 어려운 물질은 새로운 별과 은하, 그리고 그 외의 형성을 위한 구조적 지지와 로드맵 역할을 했습니다. 특히, 그는 수학적으로 그 질량이 존재함을 확인했지만, 과학자들이 암흑 물질의 이상 현상을 일관되고 측정 가능한 방식으로 정확히 재현하려면 훨씬 더 많은 연구가 필요했습니다.

암흑 물질 탐지는 어렵다

Detecting invisible dark matter has proven to be a time-consuming and scientifically challenging process. The force is invisible and even with the most advanced optical instruments, it’s still nearly impossible to detect. Instead, the only way that researchers have been able to detect this force is through fluctuations in the gravitational influences.
보이지 않는 암흑 물질을 탐지하는 것은 시간과 과학적으로 매우 어려운 과정임이 입증되었습니다. 이 힘은 눈에 보이지 않으며 가장 진보된 광학 장비를 사용해도 거의 탐지할 수 없습니다. 대신, 연구자들이 이 힘을 탐지할 수 있는 유일한 방법은 중력 영향의 변동을 통해서입니다.

새로운 연구가 탐지를 개선한다

The study, “Detecting dark domain walls through their impact on particle trajectories in tailored ultrahigh vacuum environments,” explains a new method for measuring dark matter presence. The novel approach introduces a specially designed 3D-printed vacuum chamber that allows dark matter to accumulate and collide, resulting in gravitational fluctuation.
연구인 “맞춤형 초고진공 환경에서 입자 궤적에 미치는 영향을 통한 암흑 도메인 벽 탐지”는 암흑 물질 존재를 측정하는 새로운 방법을 설명합니다. 이 새로운 접근법은 암흑 물질이 축적되고 충돌하도록 설계된 3D 프린팅 진공 챔버를 도입하여 중력 변동을 일으키게 합니다.

스칼라 필드

The researchers used scalar fields to ensure they captured minuscule changes in the gravitational field. Scalar fields are commonly used to solve and capture data from 3D environments. These testing protocols assign every single point in space with a specific number. Scalar fields provide an accurate and consistent way to measure changes in fields across space.
연구자들은 중력장의 미세한 변화를 포착하기 위해 스칼라 필드를 사용했습니다. 스칼라 필드는 3D 환경에서 데이터를 해결하고 수집하는 데 일반적으로 사용됩니다. 이러한 테스트 프로토콜은 공간의 모든 점에 특정 번호를 할당합니다. 스칼라 필드는 공간 전반에 걸친 필드 변화를 정확하고 일관되게 측정하는 방법을 제공합니다.
Scalar fields are common today. They are used to measure temperature changes, electric potential, radiation, pressure, and gravitational changes. The dynamic nature of this style of data recovery enables researchers to gain useful insight into the monitored environment. This data can be collected in a linear, nonlinear, or scale manner.
스칼라 필드는 오늘날 흔히 사용됩니다. 온도 변화, 전위, 방사선, 압력 및 중력 변화를 측정하는 데 활용됩니다. 이러한 데이터 복구 방식의 동적 특성은 연구자들이 모니터링되는 환경에 대한 유용한 통찰을 얻도록 합니다. 이 데이터는 선형, 비선형 또는 스케일 방식으로 수집될 수 있습니다.

테스트

The study, which took three years to complete, highlights how special 3D-printed chambers create a phenomenon known as Domain walls. Domain walls are energy build-ups that occur when scalar field phase transitions occur. The domain walls affect particles as they pass through them, changing their trajectory and altering their flight path. This deviation, in course, can be measured to determine the existence of dark matter.
3년이 걸린 이 연구는 특수 3D 프린팅 챔버가 도메인 벽으로 알려진 현상을 어떻게 생성하는지를 강조합니다. 도메인 벽은 스칼라 필드 위상 전이가 발생할 때 형성되는 에너지 축적입니다. 도메인 벽은 입자가 통과할 때 입자의 궤적을 바꾸고 비행 경로를 변경합니다. 이러한 편차는 암흑 물질의 존재를 판단하기 위해 측정될 수 있습니다.
Researchers monitored these domain walls and took their data to create the ideal 3D-printed vacuum chamber. The device incorporated a specific shape and structure for trapping dark matter particles. The researchers also used special materials that helped with the trapping process.
연구자들은 이러한 도메인 벽을 모니터링하고 데이터를 활용해 이상적인 3D 프린팅 진공 챔버를 만들었습니다. 이 장치는 암흑 물질 입자를 포획하기 위한 특정 형태와 구조를 포함했습니다. 연구자들은 또한 포획 과정을 돕는 특수 소재를 사용했습니다.

온도를 낮춰 밀도를 낮추기

The team added the reaction process by lowering the temperature of the light particles. This process was described by researchers as being similar to water becoming slower and solidifying as temperature drops. In this research, the lower-density gas was mixed with ultracold lithium atoms.
팀은 가벼운 입자의 온도를 낮춤으로써 반응 과정을 추가했습니다. 연구자들은 이 과정을 온도가 떨어지면서 물이 느려지고 고체가 되는 것과 유사하다고 설명했습니다. 이 연구에서는 저밀도 가스를 초저온 리튬 원자와 혼합했습니다.
As part of the experiment, these atoms were cooled to -273 degrees. This temperature placed the atoms at near absolute zero, enabling them to react in a stable manner compared to normal temperatures. This maneuver simulated a particle traveling through a substance that got denser along its path.
실험의 일환으로, 이 원자들은 -273도까지 냉각되었습니다. 이 온도는 원자를 거의 절대 영도에 가깝게 만들어 정상 온도에 비해 안정적으로 반응하도록 했습니다. 이 조작은 입자가 경로를 따라 점점 밀도가 높아지는 물질을 통과하는 것을 시뮬레이션했습니다.

결과

Researchers successfully measured nanohertz gravitational-wave fluctuations, and their presence signaled dark matter. These results could have a resounding effect on how scientists see the universe’s evolution. Now, the testing process can be used to gather further data on these elusive particles that provide the building blocks of the galaxy.
연구자들은 나노헤르츠 중력파 변동을 성공적으로 측정했으며, 그 존재는 암흑 물질을 나타냈습니다. 이러한 결과는 과학자들이 우주의 진화를 보는 방식에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 이제 이 테스트 과정을 활용해 은하의 기본 구성 요소를 제공하는 이 잡기 어려운 입자에 대한 추가 데이터를 수집할 수 있습니다.

연구자들

The study was conducted at one of Europe’s leading scientific research academies,  the  University of Nottingham’s’ School of Physics and Astronomy. Specifically, Professor Clare Burrage led the research efforts and was aided by Associate Professor Lucia Hackermueller.
이 연구는 유럽 최고의 과학 연구 기관 중 하나인 노팅엄 대학교 물리·천문학부에서 수행되었습니다. 구체적으로, 클레어 버리지 교수님이 연구를 이끌었으며 루시아 하커뮬러 부교수님의 도움을 받았습니다.

연구가 밝히는 혜택

The ability to detect dark matter using domain walls via printed vacuum chambers introduces a new world of opportunities to researchers and those seeking to gain a better understanding of this force. The study lays the foundation for researchers seeking to measure and predict the actions of this force, with the goal of one day understanding how it helps in the formation of galaxies and the evolution of the universe.
프린트된 진공 챔버를 통한 도메인 벽을 이용한 암흑 물질 탐지 능력은 연구자와 이 힘을 더 잘 이해하려는 이들에게 새로운 기회의 세계를 열어줍니다. 이 연구는 암흑 물질의 행동을 측정하고 예측하려는 연구자들을 위한 기반을 마련했으며, 궁극적으로 은하 형성과 우주 진화에 어떻게 기여하는지 이해하는 것을 목표로 합니다.

주목할 만한 기타 암흑 물질 연구

The scientific community continues to innovate and invent new methods of monitoring dark matter and energy. These methods span a variety of sciences, including measuring from space, creating large light particle tracking devices to search for gravitational effects, and much more. Here are some of the most advantageous efforts put forth to date.
과학 공동체는 암흑 물질과 에너지를 모니터링하는 새로운 방법을 지속적으로 혁신하고 발명하고 있습니다. 이러한 방법은 우주에서 측정, 중력 효과를 탐색하기 위한 대형 광입자 추적 장치 제작 등 다양한 과학 분야에 걸쳐 있습니다. 다음은 현재까지 가장 유리한 노력 중 일부입니다.

유클리드 우주 망원경

Europe’s Euclid space telescope was recently launched from a Falcon 9 rocket from Florida in search of dark matter. The project, dubbed “Dark Detective,” was designed to work with the James Webb telescope to further investigate anomalies. Unlike the James Webb telescope, which has incredible pin-point focus, the 15-foot-tall and 11-foot-wide satellite telescope was designed to capture huge panoramic views of the universe.
유럽의 유클리드 우주 망원경은 최근 플로리다에서 발사된 팔콘 9 로켓을 통해 암흑 물질을 탐색하기 위해 발사되었습니다. “Dark Detective”라는 이름의 이 프로젝트는 제임스 웹 망원경과 협력해 이상 현상을 추가 조사하도록 설계되었습니다. 놀라운 초점 정확도를 가진 제임스 웹 망원경과 달리, 높이 15피트, 폭 11피트인 이 위성 망원경은 우주의 거대한 파노라마 뷰를 포착하도록 설계되었습니다.
The device will be able to capture the largest perspective photos of the 13.8-billion-year-old universe’s history. Scientists can examine these photos to track light movement over the galaxy. Notably, they can then use light distortion to locate gravitational anomalies caused by dark matter. This phenomenon is known as gravitational lensing and has yielded some intriguing results.
이 장치는 138억 년 된 우주의 역사를 가장 넓은 시각으로 촬영할 수 있습니다. 과학자들은 이 사진들을 분석해 은하 전반에 걸친 빛의 움직임을 추적할 수 있습니다. 특히, 빛의 왜곡을 이용해 암흑 물질에 의해 발생한 중력 이상 현상을 찾아낼 수 있습니다. 이 현상은 중력 렌즈 효과로 알려져 있으며 흥미로운 결과를 낳았습니다.

CERN

One of the most advantageous and best-known projects used to attempt to monitor, measure, and create dark matter comes from the researchers at CERN. This massive research facility was founded in 1954. Since that time, it has played a huge role in the scientific community across multiple sectors, including creating research protocols for discovering and monitoring high-energy protocols.
암흑 물질을 모니터링, 측정 및 생성하려는 가장 유리하고 잘 알려진 프로젝트 중 하나는 CERN 연구원들에 의해 진행됩니다. 이 거대한 연구 시설은 1954년에 설립되었습니다. 그 이후로 다수 분야에서 과학 공동체에 큰 역할을 해왔으며, 고에너지 프로토콜을 발견하고 모니터링하기 위한 연구 프로토콜을 만들었습니다.

이 제네바 기반 연구 기관은 시장에서 가장 뛰어나고 혁신적인 프로젝트와 협력했으며, 그 성과는 과소평가될 수 없습니다. 예를 들어, 팀 버너스-리는 1989년에 이 시설에서 월드 와이드 웹을 시작했으며, 1991년에 최초의 웹사이트를 호스팅했습니다. 오늘날 이 시설은 다양한 과학 활동에 중점을 두고 있습니다.

CERN is best known as the home of the Large Hadron Collider (LHC). This device is the world’s largest and highest-energy particle collider. This device can take parcels and shoot them at peak speed before colliding them to register the effects. This method is now being used to measure gravitational effects caused by dark matter which could one day further shed light on its presence and effects.
CERN은 대형 강입자 충돌기(LHC)의 본거지로 가장 잘 알려져 있습니다. 이 장치는 세계에서 가장 크고 가장 높은 에너지의 입자 충돌기입니다. 이 장치는 입자를 가속시켜 최고 속도로 발사한 뒤 충돌시켜 그 효과를 기록합니다. 이 방법은 현재 암흑 물질에 의해 발생하는 중력 효과를 측정하는 데 사용되고 있으며, 언젠가 그 존재와 효과에 대한 더 많은 빛을 비출 수 있을 것입니다.

중성자 별

Another method that researchers have introduced to monitor for the presence of dark matter is through the measurement of neutron star energy levels. Using a purpose-built telescope called the IceCube Neutrino Observatory at the South Pole in Antarctica, researchers can monitor the build-up of dark matter on these celestial bodies.
연구자들이 암흑 물질 존재를 모니터링하기 위해 도입한 또 다른 방법은 중성자 별의 에너지 레벨을 측정하는 것입니다. 남극의 남극점에 위치한 IceCube 중성미 관측소라는 특수 망원경을 사용해 연구자들은 이러한 천체에 축적되는 암흑 물질을 모니터링할 수 있습니다.
Notably, scientists seek out the by-product particles that get created when dark matter interacts and destroys itself. This occurrence happens whenever there is a build-up of dark matter on a neutron star. This method tracks the byproducts of these collisions and measures their fluctuations over time, creating a map of this energy as it travels.
특히, 과학자들은 암흑 물질이 상호 작용하고 자체 파괴될 때 생성되는 부산물 입자를 찾습니다. 이러한 현상은 중성자 별에 암흑 물질이 축적될 때마다 발생합니다. 이 방법은 이러한 충돌의 부산물을 추적하고 시간에 따라 변동을 측정해 에너지 흐름의 지도를 만듭니다.

이러한 발견으로 혜택을 받을 수 있는 기업들

The ability to detect and one day harness dark matter has been a long-time goal for scientists and researchers. These latest developments will make it easier to study this elusive element in depth and begin to unravel its mysteries. To accomplish this task, there will be more demand for spacecraft and high-end testing facilities. Here are two companies that are positioned to benefit from these developments moving forward.
암흑 물질을 탐지하고 언젠가 활용하는 능력은 과학자와 연구자들의 오랜 목표였습니다. 최신 개발은 이 잡기 어려운 요소를 심도 있게 연구하고 그 신비를 풀어가는 것을 더 쉽게 만들 것입니다. 이를 위해 우주선과 고급 테스트 시설에 대한 수요가 증가할 것입니다. 다음은 앞으로 이러한 발전으로 혜택을 받을 것으로 기대되는 두 기업입니다.

1. SpaceX

Billionaire eccentric Elon Musk founded SpaceX on 2002년 3월 14일. This  El Segundo, California-based firm launched under a different name “Space Exploration Technologies (SPCX ) Corporation” (SET) before rebranding to the more marketable SpaceX name. Notably, to ensure the project, Musk put up 50% of his then $180M-worth of PayPal (PYPL ) stocks. These funds went to locking in the researchers needed to launch their first rocket.
억만장자이자 독특한 인물인 일론 머스크는 2002년 3월 14일 SpaceX를 설립했습니다. 캘리포니아 엘 세군도에 본사를 둔 이 회사는 처음에 “Space Exploration Technologies Corporation”(SET)이라는 다른 이름으로 시작했으며, 이후 더 시장성 있는 SpaceX라는 이름으로 브랜드를 변경했습니다. 특히 프로젝트를 보장하기 위해 머스크는 당시 1억 8000만 달러 가치의 PayPal 주식 중 50%를 투자했습니다. 이 자금은 첫 로켓 발사를 위한 연구자들을 고정하는 데 사용되었습니다.
SpaceX is pioneering the commercial space sector today. The company remains the first privately funded company to send a craft to the international space station. It’s also the first to land a rocket on the moon, launch the most powerful rocket, and the only company to successfully land a reusable rocket.
SpaceX는 오늘날 상업 우주 분야를 선도하고 있습니다. 이 회사는 민간 자금으로 국제 우주 정거장에 우주선을 보낸 최초의 기업이며, 달에 로켓을 착륙시킨 최초이자 가장 강력한 로켓을 발사한 기업이며, 재사용 가능한 로켓을 성공적으로 착륙시킨 유일한 기업입니다.

2. Teledyne Technologies Inc.

TDY 가격 차트

Teledyne Technologies (TDY ) Inc. is a leading supplier of aerospace materials. The firm offers a selection of high-end advanced electronic components, instruments, and communications products. Teledyne Tech entered the market in 1999 and originally featured a conglomerate of 19 companies. Today, Teledyne Technologies, Inc. includes +100 companies globally.
Teledyne Technologies Inc.는 항공우주 소재의 선도적인 공급업체입니다. 이 회사는 고급 전자 부품, 계측기 및 통신 제품을 제공하고 있습니다. Teledyne Tech은 1999년에 시장에 진입했으며 원래 19개 기업의 컨소시엄이었습니다. 오늘날 Teledyne Technologies, Inc.는 전 세계에 100개 이상의 기업을 포함하고 있습니다.

Teledyne Technologies Inc.는 우주에 더 많은 센서를 배치하려는 추진으로 인해 상당한 이익을 얻을 수 있습니다. 이 회사는 항공우주 등급 알루미늄 및 이러한 임무 수행에 필수적인 기타 시스템의 주요 공급업체입니다. 현재 여러 위성이 회사의 제품을 활용하고 있습니다.

The Teledyne Technologies Inc. stock TDY has seen consistent returns of 6.56%. The firm’s positioning and the predicted growth in space-related activities make these assets a strong “Buy”. In the future weeks, Teledyne Technologies, Inc. will continue to play a pivotal role in the growing aerospace market.
Teledyne Technologies Inc.의 주식 TDY는 6.56%의 지속적인 수익을 보였습니다. 회사의 포지셔닝과 우주 관련 활동의 예상 성장으로 이 자산은 강력한 “매수” 대상으로 평가됩니다. 앞으로 몇 주 동안 Teledyne Technologies, Inc.는 성장하는 항공우주 시장에서 핵심적인 역할을 계속할 것입니다.

암흑 물질 연구의 미래

The future of dark matter research is bright. The introduction of robotics and AI will propel it to new heights and enable researchers to, for the first time, begin to track and monitor this substance consistently. The introduction of AI-powered robotic space researchers will help to bring humans closer to these elusive answers without risking human life.
암흑 물질 연구의 미래는 밝습니다. 로봇공학과 AI의 도입은 연구를 새로운 차원으로 끌어올리며, 연구자들이 처음으로 이 물질을 일관되게 추적하고 모니터링할 수 있게 합니다. AI 기반 로봇 우주 연구자의 도입은 인간의 생명을 위험에 빠뜨리지 않으면서 인간을 이 잡기 어려운 해답에 더 가깝게 만들 것입니다.
Additionally, there will be much more focus on creating dark matter in labs. The LHC will play a pivotal role in this process as the largest particle accelerator with sensors sensitive enough to capture the minuscule fluctuations caused by dark matter.
또한, 실험실에서 암흑 물질을 생성하는 데 더 많은 관심이 집중될 것입니다. LHC는 가장 큰 입자 가속기로서, 암흑 물질에 의해 발생하는 미세한 변동을 포착할 수 있을 만큼 민감한 센서를 갖추고 있어 이 과정에서 핵심적인 역할을 할 것입니다.

암흑 물질 측정은 1단계

The advancements made in measuring dark matter continue to help expose the characteristics of this not-yet-understood force. In the future, researchers will connect relevant data and leverage advanced AI deep learning to make correlations that may have seemed improbable to human readers. All of these developments and much more will result in dark matter becoming more transparent in the future.
암흑 물질 측정에서 이룬 진보는 아직 이해되지 않은 이 힘의 특성을 밝히는 데 계속 도움이 되고 있습니다. 앞으로 연구자들은 관련 데이터를 연결하고 고급 AI 딥러닝을 활용해 인간 독자에게는 불가능해 보였던 상관관계를 만들 것입니다. 이러한 모든 발전과 그 외의 많은 요소들은 암흑 물질을 미래에 더욱 투명하게 만들 것입니다.

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