도쿄(東京)대학 우주선(線)연구소가 주도하는 한·미·일 공동연구팀이 물질의 기본 입자(소립자)인 뉴트리노(중성미자)를 땅속으로 쏘아 약 250㎞ 떨어진 관측장치에 맞추는 「세기의 사격실험」에 세계 최초로 성공했다.뉴트리노가 질량을 갖고 있음을 증명하기 위한 실험의 성공적인 첫걸음으로 계획대로 향후 3년간 300개 이상의 뉴트리노를 관측, 질량을 정밀측정해 낼 경우 획기적인 업적이 될 것으로 보여 주목된다.
연구팀은 쓰쿠바(筑波)시 고에너지가속기 연구기구의 양자가속기로 발생시킨 뉴트리노를 기후(岐阜)현 가미오카(神岡)광산 지하의 관측장치 「슈퍼 가미오칸데」로 쏘아 보내는 실험에 성공, 뉴트리노 1개를 관측했다.
연구팀은 지난해 6월 우주선(線)이 대기중 산소나 질소와 충돌해 발생하는 뮤(μ)뉴트리노의 관측 자료를 근거로 「뉴트리노에 질량이 있다」고 선언, 세계를 놀라게 한 바 있다. 지구를 뚫고 반대편에서 날아 온 뮤뉴트리노는 곧바로 지구에 도착한 뮤뉴트리노의 절반 밖에 안됐다.
지구를 뚫고 오면서 뮤뉴트리노가 「뉴트리노 진동」으로 관측이 불가능한 타우(τ)뉴트리노로 변했을 가능성이 크며 진동에 의한 입자변화는 이론상 질량차가 있을 때만 가능하다는 것이 질량존재설의 배경이었다. 그러나 이는 엄밀히 말해 가설에 지나지 않는다는 점에서 연구팀은 인공 뉴트리노를 통한 질량 실증 실험에 나섰다.
뉴트리노의 질량이 실증되면 뉴트리노의 질량을 0으로 상정해 온 표준 소립자이론의 수정 또는 확장은 물론 우주의 지속적인 팽창 여부를 해명하는 중요한 단서가 된다. 뉴트리노는 우주 전체 질량의 90%에까지 이르는 「암흑 물질」의 주요 후보이다.
뉴트리노의 질량을 밝혀 내 「암흑 물질」의 총질량을 추정하면 우주의 질량밀도를 보다 정밀하게 알아낼 수 있다. 우주의 질량밀도가 임계치를 넘을 경우 우주는 팽창 속도가 느려지고 언젠가 수축하게 된다.
/도쿄=황영식특파원 yshwang@hk.co.kr
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