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'유령입자' 중성미자 질량차이 측정 성공

송고시간2016-05-25 12:00

김수봉 서울대 교수팀 연구결과…질량차 전자 질량의 10억 분의 1 정도로 매우 작아

(서울=연합뉴스) 신선미 기자 = 한국 연구팀이 물리학계에서 '유령입자'로 불리는 중성미자의 질량 차이를 측정하는 데 성공했다. 중성미자는 질량이 매우 작은데다 빛에 가까운 속도로 움직이고 다른 물질과 거의 상호작용도 하지 않아 오랫동안 물리학자들을 어렵게 했다.

미래창조과학부는 김수봉 서울대 교수팀이 원자로에서 방출되는 중성미자 세 종류 중 가장 가벼운 것과 가장 무거운 것의 질량 차이를 측정하는데 성공했다고 25일 밝혔다.

연구팀이 측정한 중성미자의 질량 차이는 전자 질량의 약 10억분의 1 정도로 매우 작았다.

중성미자는 만물을 이루는 기본입자 중 하나로, 핵붕괴나 핵융합 과정에서 방출된다. 태양에서 일어나는 핵융합에서도 중성미자가 발생해 지구를 통과한다. 지구로 방출되는 중성미자는 손톱만 한 면적을 기준으로 해도 매초 700억 개나 된다.

중성미자는 우주 모든 곳에 존재하지만, 질량이 매우 작은 만큼 질량값은 물론 각 종류간 질량 차이 측정에 성공한 사례도 그동안 나오지 않았다.

연구진은 중성미자의 질량 문제에 대한 해답을 찾기 위해 지난 2011년 8월부터 영광 원자력발전소에서 방출되는 중성미자를 계속 관측해 왔다. 2013년 1월까지 약 500일 동안 얻은 데이터를 분석해 중성미자 중 가장 가벼운 것과 가장 무거운 것의 질량 차이를 알아냈다.

이번 연구결과는 중성미자 각각의 질량을 측정할 수 있는 토대를 마련했다는 평가를 받고 있다.

'유령입자' 중성미자 질량차이 측정 성공 - 2

김 교수는 "물리학계 난제로 남아 있는 '중성미자 질량 순서'를 알아낼 수 있는 가능성을 활짝 열어놓은 셈"이라고 연구의 의의를 밝혔다.

연구진은 이번 연구결과가 현재까지 얻은 데이터 중 3분의 1 정도를 분석한 것이라며 앞으로 더 많은 데이터를 수집하고 분석 오차를 줄여 보다 정밀한 측정 결과를 얻어낼 계획이다.

이번 연구는 미래창조과학부 기초연구사업으로 진행됐으며 연구결과는 물리학 분야 최고 권위의 학술지인 '피지컬리뷰레터스'(Physical Review Letters) 24일자에 실렸다.

한편 연구진은 세계 최고 수준의 대형 우주 중성미자망원경을 만들고자 노력하고 있다. 이 시설로는 지구에서 멀리 떨어진 초신성이 폭발할 때 나오는 중성미자를 10초 동안 6천 개 정도 관측해 무거운 원소가 생기는 과정 등을 밝히는 것이 목표다.

sun@yna.co.kr

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