1,300㎞ 날아가는 중성미자, 물질 우주의 기원 추적한다
11/12/26우주에 물질이 남고 반물질은 거의 사라진 이유를 밝히기 위한 대형 중성미자 실험이 미국 지하에서 건설되고 있다. 장기선 중성미자 실험 DUNE은 일리노이주에서 만든 중성미자 빔을 지각을 통과시켜 약 1천300㎞ 떨어진 사우스다코타주의 액체아르곤 검출기로 보낸다. 검출기는 지하 약 1.6㎞에 설치돼 우주선 입자가 만드는 잡음을 줄인다.
중성미자는 전하가 없고 다른 물질과 거의 반응하지 않아 막대한 수가 몸과 지구를 통과해도 알아채기 어렵다. 대신 이동하면서 전자형·뮤온형·타우형 사이를 바꾸는 진동 현상을 보인다. 출발지 가까운 검출기에서 빔의 성질을 측정하고 장거리 이동 뒤 나타난 변화를 비교하면 중성미자와 반중성미자가 서로 다르게 행동하는지 정밀하게 확인할 수 있다.
이 차이가 존재하면 초기 우주에서 물질이 반물질보다 조금 더 남게 된 과정을 설명하는 단서가 된다. 실험은 태양과 우주에서 오는 중성미자, 초신성 폭발도 관측하고 양성자 붕괴 가능성도 탐색한다. 세계 1천500명이 넘는 연구자가 참여하며, 영국 연구진은 검출기의 방대한 신호를 수집하는 체계와 나노초 단위로 시간을 맞추는 전자장치를 개발하고 있다.
연간 데이터 흐름은 노트북 하드디스크 약 5억개 분량에 비유될 만큼 크지만 대부분은 실시간 선별이 필요한 원시 신호다. 지하 공간은 2029년, 검출기 설치는 2030년 완성을 목표로 하며 중성미자 빔 운용은 2031년이 예상된다. 일정과 비용, 초저온 액체아르곤의 안정적 운용이 남은 과제지만 완성되면 입자물리와 천체관측을 한 시설에서 수행하는 장기 연구 기반이 된다.
중성미자는 전하가 없고 다른 물질과 거의 반응하지 않아 막대한 수가 몸과 지구를 통과해도 알아채기 어렵다. 대신 이동하면서 전자형·뮤온형·타우형 사이를 바꾸는 진동 현상을 보인다. 출발지 가까운 검출기에서 빔의 성질을 측정하고 장거리 이동 뒤 나타난 변화를 비교하면 중성미자와 반중성미자가 서로 다르게 행동하는지 정밀하게 확인할 수 있다.
이 차이가 존재하면 초기 우주에서 물질이 반물질보다 조금 더 남게 된 과정을 설명하는 단서가 된다. 실험은 태양과 우주에서 오는 중성미자, 초신성 폭발도 관측하고 양성자 붕괴 가능성도 탐색한다. 세계 1천500명이 넘는 연구자가 참여하며, 영국 연구진은 검출기의 방대한 신호를 수집하는 체계와 나노초 단위로 시간을 맞추는 전자장치를 개발하고 있다.
연간 데이터 흐름은 노트북 하드디스크 약 5억개 분량에 비유될 만큼 크지만 대부분은 실시간 선별이 필요한 원시 신호다. 지하 공간은 2029년, 검출기 설치는 2030년 완성을 목표로 하며 중성미자 빔 운용은 2031년이 예상된다. 일정과 비용, 초저온 액체아르곤의 안정적 운용이 남은 과제지만 완성되면 입자물리와 천체관측을 한 시설에서 수행하는 장기 연구 기반이 된다.
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