우주질량 80%, ‘암흑물질’ 정체 밝혀지나?

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'유령입자'와 충돌해 살짝 밀려나는 원자핵 첫 관측

질량이 거의 없다.

보통 물질과 상호작용을 하지 않는 기본입자인 뉴트리노

인 중성미자의 파동과 부딪힌 보통 물질의 원자핵이 통째로 

아주 살짝 밀려 나가는 현상이 발견되었다.

‘결맞음 탄성 뉴트리노 핵 산란’

(Coherent Elastic Neutrino Nucleus Scattering·CEνNS)이라고 불리는 

이런 현상은 1974년에 이론적 가능성이 제시됐으나 

관측이 매우 어려워 43년만에 관측이 이뤄졌다.

우주 질량의 80%를 자치할 것이라 추정되는 암흑물질’(dark matter)의 

성질을 규명하고, 현재 지구 등 행성의 구성 물질을 만들어낸 

초신성 폭발의 매커니즘을 밝히는데 기여할 것으로 기대된다.

뉴트리노는 전기적으로 중성이다.

광속과 구별이 어려운 거의 똑같! 속도로 움직이면서도 

보통 물질과 거의 반응하지 않아 '유령 입자'라는 별명이 있다.

원자핵이 붕괴하거나, 핵 끼리 융합하는 과정에서 방출된다.

핵융합이 일어나는 태양의 중싱부에서도 발생하는데

태양에서 나온 뉴트리노는 지구에서도 손톱 크기 면적에 

초당 수천 억 개 정도가 지나갈 정도로 많지만 연구하기가 어렵다.

연구진은

우주에서 날아오는 방사선이나 가속기에서 발생한 

다른 입자들이 실험에 영향을 미치지 못하도록 

콘크리트로 지은 지하실에서 검출 실험을 했다.

태양, 지표면, 대기 등으로부터 뉴트리노가 오지만, 

실험에 사용된 뉴트리노 발생 장치에서 나오는 뉴트리노 빔에 비하면 

상호작용 빈도가 매우 낮다는 것이 연구진의 설명이다.

지하에 설치된 검출기는 소듐(Na)이 소량 섞인 

세슘아이오딘화결정(CsI crystal)에 포함된 세슘이나 

아이오딘의 원자핵이 뉴트리노의 파동과 결맞음 반응을 해 

아주 살짝 밀려나는 탄성 에너지를 정밀하게 측정할 수 있도록 설계됐다.

“초신성 폭발의 원리를 자세하게 이해할 수 있는 

실험적 기초 자료가 될 것이며, 앞으로 중성미자 응용에서 

중요한 기점이 될 것”이라고 덧붙였다.

미국 오크리지 국립연구소, 듀크대, 시카고대, 

한국 기초과학연구원(IBS), 한국과학기술원(KAIST), 

러시아 쿠르차토프 연구소, 이론실험물리학연구소, 캐나다 로렌시안대 등 

4개국 19개 기관 80명의 과학자가 참여한 국제 공동연구진 

‘코히어런트 콜래버레이션’(COHERENT Collaboration)은 

사상 최초의 CEνNS 관측 결과를 

4일(한국시간) 과학학술지 ‘사이언스’에 발표했다.