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비활성 중성미자를 검출하는데 실패한 아이스큐브



(The IceCube Laboratory at the Amundsen-Scott South Pole Station in Antarctica. Credit: Erik Beiser, IceCube/NSF)


 남극에 위치한 거대한 아이스큐브 (IceCube) 연구소 시설의 중요한 목표 가운데 하나인 비활성 중성미자(Sterile Neutrino) 검출이 결국 실패했다는 소식입니다. 물론 아직 결론을 내리기엔 이르지만, 물리학의 새로운 장을 열려는 시도가 실패한 것으로 보입니다. 


 중성미자는 우리주변에 엄청나게 많이 존재하는 입자입니다. 사실 지금도 우리 몸속을 몇 조개가 될지도 모르는 중성미자가 관통하고 있지만, 우리는 그것을 눈치챌 수 없습니다. 중성미자가 다른 입자와 거의 반응을 하지 않기 때문이죠. 현재의 표준모델은 중성미자를 세 가지 형태로 나누고 있습니다. 뮤온(muon), 전자(electron), 타우(tau)가 그것입니다.


 그런데 여기에 더해서 물리학에 새로운 챕터를 쓰게 될지도 모르는 비활성 중성미자가 존재할 수 있다는 가설이 제기되어 왔습니다. 비활성 중성미자는 다른 입자와 상호작용은 하진 않지만, 중력에는 약간 반응할 수 있는 가상의 입자로 만약 존재한다면 암흑물질의 후보가 될 수 있는 입자입니다. 더 나아가 이 입자가 물질과 반물질의 비대칭성을 설명할지 모른다는 주장도 있습니다. 


 문제는 이 입자가 중성미자가 아닌 다른 입자와 반응을 하지 않다보니 검증을 할 방법이 없다는 것입니다. 따라서 과학자들은 이 입자가 실제로 존재하거나 혹은 존재하지 않는다는 확실한 증거를 찾지 못했습니다. 이 입자를 검증할 방법은 이 입자가 다른 중성미자를 방해하는 걸 포착하는 방법 뿐입니다.  


 아이스큐브 실험실은 남극 빙하에 깊은 구멍을 뚫고 여기에 중성미자 검출기를 넣는 장치로 다른 입자가 두꺼운 빙하에서 걸러지는 것을 이용한 장치입니다. 이번 연구에서는 2년간 10만개의 중성미자를 관측했으나 이중에 비활성 중성미자의 존재를 의심할만한 증거를 발견하지 못했습니다.



(동영상) 


 물론 이것이 비활성 중성미자가 100% 없다는 증거는 되기 어렵습니다. 존재하지 않을 가능성은 커졌지만, 확신을 하기 위해서는 더 많은 연구가 필요해 보입니다. 


 만약 비활성 중성미자가 실제로 존재하지 않는다면 과학자들은 암흑 물질의 새로운 후보를 찾기 위해서 노력해야 합니다. 앞으로 물리학에서 어떤 결과가 나오게 될지는 알기 어렵지만, 아무튼 문제가 복잡해진 것은 분명합니다. 


 참고 






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