4 차원 공간에서 일어나는 물리 현상이 두 가지 실험을 통해 관찰되었다

4 차원 공간에서 일어나는 물리 현상이 두 가지 실험을 통해 관찰되었다

"차원"은 공간감을 나타내는 하나의 지표이며, 우리는 3 차원 공간을 살고있다. 공간이 가로 세로 높이의 3 개의 좌표로 나타낼 수있는 것은 이 세상이 3 차원이기 때문이다. 

3 차원 공간에 더 하나의 좌표축이 더해진 것이 4 차원이다. 

　최신 연구에 따르면 두 물리학자 팀이 별도로 실시한 실험에서 제 4의 공간 차원의 존재를 발견했다고한다.

두 실험에서 4 차원 양자 홀 효과가 발생하는지 확인

　이 4 차원은 거기에 빠져 헤매는 실종자가 나오는 종류의 것이 아니다. 

　이번 실험을 실시한 것은, 미국 펜실베니아 주립 대학의 마이클 레히쯔만 교수 연구팀과 독일 루드비히 막시밀리안 대학 마이클 로즈 교수가 이끄는 유럽 연구팀이다. 

　두 연구팀이 실시한 울트라 냉각 원자를 사용한 실험과 빛 입자를 사용한 실험이다. 그 결과는 다른 것이지만, 상호 보완 적이며, 4 차원에서 ' 양자 홀 효과 '라는 현상이 일어나고있는 것을 확인할 수있다. 

　

　물리적으로 우리는 4 차원 공간 계를 갖지 않지만, 고차원 계가 구조의 복잡성에 코딩되어 있기 때문에, 저 차원 계를 이용하여 4 차원 양자 홀 효과를 얻을 수 있다고한다.

4 차원 공간을 물리적으로 현실화 할 수 있는가?

　3 차원 공간, 즉 사람이 다른 모든 것을 일정하게 유지하면서 이동할 수있는 방향이다. 직선을 따라 앞뒤로 이동하면 그것이 첫 번째 차원. 그 선에서 직각으로 움직이는 경우에, 그것이 두 번째 차원에서 비행기가 완성된다. 또한 상하로 움직이면 큐브가 출현한다. 

　네 번째 차원이 존재한다고하면, 여기에 또 다른 직각을 더해 일종의 초 입방체를 만들 수있다. 제 4의 공간 차원은 수학적으로 설명 가능하지만, 물리적으로 현실화되는 것은 아니다. 

두 연구팀이 특수한 방법을 이용하여 양자 홀 효과 확인

　두 실험의 핵이되고있는 것은 양자 홀 효과이다. 전자가 마치 종이의 표면 (그래 핀과 반도체의 특정 계층 등)에 달라 붙어 버린 것처럼 2 차원에 갇힐때 자기장이 거기를 수직으로 통과하면 계의 전기 특성의 일부가 수치의 배수로 제한되게된다. 

　

　양 팀은이 난관을 특별하게 짜낸 방법으로 그것을 극복했다. 

　유럽 팀은 루비듐 원자를 2 차원 레이저로 고정했다. 경계가 레이저로 나누어 진 격자에서 원자를 포함하는 같은 장면을 상상하라. 

이에 따라 2 차원 양자의 전하 펌프를 만들고 전하 수송 (원자는 전하를 띄지 않는다)을 시뮬레이션 할 수있다. 이러한 원자의 내부 거동에 따른 추가 매개 변수를 각 차원에 따라 코드화하고 나머지 두 공간의 차원을 표현한다. 이러한 시스템을 이용하는 것으로, 4 차원의 효과의 존재를 나타내는 제 2 휘젓다 수 (second Chern number)가 측정되었다. 

　한편, 레히쯔만 교수 팀은 일련의 도파관 (광파의 형상을 제어 할 수있는 특별한 유리)을 통과하는 빛을 사용 하였다. 

　이것은 스파게티 상자에 담긴 광섬유 케이블 뭉치 같은 것이다. 케이블은 연결되어있어 빛은 끝 사이를 이동할 수있다. 

　이 스파게티를 구불 구불 움직이는 것으로 전하 입자의 전기장 효과 (광자로 표시)를 시뮬레이션하고 그 영향을 전광판 같은 느낌으로 관찰 할 수있다. 

　연구팀은 빛이 장치의 다른 쪽 끝과 모서리에 날아간것을 확인한다. 이것도 4 차원의 양자 홀 효과와 관련된 것으로 생각된다.