Experimental Verification of
the Quasi-unit-cell Model of Quasicrystal Structure
대부분의 고체 물질은 크게 결정체와 비정질로 나누어진다. 결정체란 원자가 주기적인 배열을 하고 있는 것이고 비정질은 규칙성 없이 무질서하게 배열된 상태를 말한다. 준결정체란 규칙적인 원거리 질서를 가지면서도 결정체구조에 금지된 회전대칭성 (예를 들어 5겹 대칭성)을 갖는 물질들로 원자들은 준주기 배열을 한다. 1984년 스케치맨팀에 의해 처음 발견된 이래 백 여종의 준결정체가 만들어졌는데 이들은 대부분 Al 합금이다. 이들의 원자 배열구조는 펜로우즈 타일링의 3차원확장에 의하여 개략적으로 기술되어왔는데 여기에는 두 개 이상의 단위세포가 필요하다. 지난 96년 Nature 논문에서 우리는 준결정체 구조가, 결정체와 같이, 한 종류의 기본 타일 (단위 세포)만으로도 형성될 수 있음을 증명하였다. 이 기본 타일은 십각형 프리즘 모양인데 서로 겹침이 허락돼 원자를 공유할 수 있다. 이번 논문에서 저자는 기존의 펜로즈 타일링과 겹침이 허락되는 십각형 커버링의 lattice 구조는 동등하지만 단위 세포 decoration에 의하여 얻어지는 원자 모델은 후자의 경우가 더 일반적임을 보였다. 또한 저자는 십각형 단위세포 decoration에 기초하여 AlNiCo 준결정체의 원자 모델을 제안했는데 이는 기존의 펜로즈 단위세포 배열로는 기술할 수 없는 것으로 최근 일본 도호쿠대 실험팀에 의해 얻어진 AlNiCo 합금의 HAADF 이미지 HREM 이미지와 일치한다.
P Steinhardt (프린스턴대), H-C Jeong (세종대), K Saitoh, M Tanaka (도호쿠대), E Abe, AP Tsai (일본금속연구소)
Nature, 396, 55 (1998)
Signals for CP Violation in Scalar Tau Pair Production
at Muon Colliders
1964년에 발견된 CP붕괴는 표준모형의 유일한 복소위상으로 설명 가능하지만, 우주의 관측된 물질량을 설명하기에는 너무 작아 새 CP붕괴 메카니즘 이론들이 제시되었으며, 그중 초대칭성론은 가장 타당한 것으로 생각되고 있다. 초대칭성의 검증을 위해 추진되고 있는 실험 중 뮤온-반뮤온 가속기는 전자보다 질량이 큰 뮤온이 고에너지를 가질 수 있고 힉스 입자를 다량 생성할 수 있다. 이에 우리는 뮤온가속기에서 초대칭 스칼라 타우입자의 쌍생성을 통해 초대칭성 모형의 CP붕괴 메카니즘을 규명할 가능성을 조사했다. 초대칭 모형에서의 CP붕괴는 초대칭성자체의 붕괴를 야기하는 항들이 복소위상을 가지기 때문이다. 이중 스칼라 타우와 관련된 것은 특별한 실험적 제약이 없고, 우주의 물질량을 설명하는 여러 이론에서도 이 복소위상이 클 것이 요구된다. 또한 실험적으로 검출이 용이한 스칼라 타우의 힉스와의 결합에서는 이 위상이 자연스럽게 나타난다. 우리는 뮤온과 반뮤온의 편극을 이용하여 이 복소위상의 효과를 검출할 수 있는 모든 CP비대칭률을 분류 수치분석 하였다. 그 결과, 힉스결합과 관련된 복소위상은 비편극 빔으로도 측정되지만, 스칼라 타우질량과 관련된 위상은 최소한 한쪽 빔이 편극되어야 함을 밝혔다. 이 과정에서 대부분의 CP 비대칭률이 큰값을 가지는 것은 주목할 만하다. 결론적으로, 뮤온 가속기 실험이 실현되어 스칼라 타우가 다량으로 쌍생성되면, 초대칭론에서의 CP붕괴 여부는 확실히 밝혀질 것으로 기대된다.
최성렬 (연세대), Manuel Drees (IFT, Sao Paulo)
Phys. Rev. Lett. 81, 5509 (1998)
COBE Differential Microwave Radiometer Constraints
on an Inflation Model with Nonminimal Scalar Field
초기우주에 가속팽창 단계(인플레이션)를 도입함으로서 우주거대구조의 생성과 진화를 물리적 과정으로 설명할 수 있게 되었다. 거꾸로, 관측된 우주거대구조의 물리량으로부터 인플레이션 당시의 물리상황에 제한조건을 줄 수도 있다. 인플레이션 모형은 스카라장이나 일반화된 중력론을 이용하여 만들 수 있다. 우주거대구조의 관측량에는 은하들의 분포와 운동 그리고 우주배경복사의 방향에 따른 온도차이(비등방성)가 있다. 특별히, 큰 각크기에서 본 우주배경복사의 비등방성 정도가 인플레이션 당시에 대한 중요한 정보를 주는 것으로 알려져, 최근 초기우주 (높은에너지 물리)와 우주거대구조 관측을 연결시키려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 우리는 1996년 코비위성이 관측한 우주배경복사 비등방도 자료를 사용하여 중력과 결합된 스칼라장에 기반을 둔 인플레이션 모형에 대한 제한조건들을 유도하였으며, 미래관측이 줄 수 있는 모형에 대한 제약조건을 제시하였다. 예를 들면, 스칼라장의 자체 강도와 중력과의 결합강도의 비율과 인플레이션 당시 우주팽창율에 제한을 주었으며, 특별히 중력파의 기여도가 물질구조의 기여에 비해 훨씬 작아야만 됨을 보였다. 한편, 2000년과 2004년에 띄울 예정인 플랑크와 맵위성을 이용한 우주배경복사 비등방성 관측으로 중력파가 기여하는 정도가 알려질 예정이므로 이 모형의 실재성 여부가 판가름날 것으로 기대된다.
황재찬 (경북대), 노혜림 (천문대)
Phys. Rev. Lett. 81, 5274 (1998)