중성미자, 원자로 속의 유령
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중성미자, 원자로 속의 유령
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  • 승인 2021.03.09 18:10
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거대한 Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment(KATRIN)의 심장을 바라보며
거대한 Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment(KATRIN)의 심장을 바라보며

거대한 Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment(KATRIN)의 심장을 바라보며 물리학자들은 자연에서 가장 이해하기 어려운 아원자입자인 중성미자의 질량에 관심을 쏟고 있습니다. 최근 독일의 한 실험을 통해 만들어진, 정확한 측정을 통해 중성미자는 정상적인 원자 물질의 가장 작은 입자인 전자보다 약 50만 배 더 질량이 작다는 사실을 입증했습니다. 표준 모형에 따르면 300년 간 물리학에서 중요한 부분이었던 물질의 기본적인 구성 요소와 이를 결합하는 세 개의 비중력적인(non-gravitational) 힘을 설명하기 위해서는 중성미자의 질량이 없어야 합니다. 

 

우리는 왜 중성미자의 질량측정(소소할지라도)에 관심을 갖는 걸까요? 이는 전설과 같은 '모든 것의 이론'에 대한 중요한 단서를 제공할 수 있기 때문입니다. '모든 것의 이론'이란 표준모델이 근사치에 불과하다고 여기는 더 깊고 근본적인 물리학 이론을 말합니다. 

 

유령 입자를 찾아서..

 

가장 최근의 중성미자 측정은 독일의 칼스루에(Karlsruhe)에서 이뤄졌다. 물리학자들은 삼중수소의 ‘베타붕괴’를 이용했습니다. 삼중수소는 수소의 동위원소로 수소보다 무겁습니다. 베타붕괴로 불안정한 원자핵은 전자와 반중성미자(중성미자와 그것의 '반물질' 쌍둥이는 같은 질량을 가지고 있다)를 내뿜으며 여분의 에너지를 방출합니다. 중성미자는 비우호적이고 일반 물질과 매우 드물게 상호작용합니다. 중성미자 빔을 몇 광년 동안 납(lead)으로 만든 벽에 쏠지라도 거의 방해를 받지 않고 통과할 수 있습니다. 따라서, 칼스루에 삼중수소 중성미자(Karlsruhe Tritium Neutrino, KATRIN) 실험실의 물리학자들은 그들의 만든 전자를 측정해 중성미자의 질량을 추론해야 합니다. 그들은 삼중수소의 원자핵에서 방출되는 에너지의 양이 항상 같기 때문에 이를 이용할 수 있습니다.

 

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