전남대 김재률교수 등 ‘중성미자도 질량갖는다’ 첫 규명
이에 따라 현대 입자 물리학의 최대 과제로 꼽혀온 중성미자 진동의 존재에 대한 논란에 종지부를 찍게 됐으며, ‘중성미자에는 질량이 없다’는 것을 전제로 한 기존 입자물리학의 표준모형도 수정이 불가피해졌다.
전남대 김재률 교수팀과 서울대 김수봉 교수팀은 일본고에너지연구소(KEK) 미국 유럽 공동연구팀과 함께 중성미자 질량확인(K2K)실험을 진행, 중성미자가 질량을 가졌음을 의미하는 진동 변환을 확실하게 입증했으며, 이같은 연구결과를 한국 일본 미국 유럽 등지에서 12일 동시에 발표했다.
K2K 실험은 가속기로 중성미자 빔을 만들어 250㎞ 떨어진 지하관측 검출기인 슈퍼카미오칸데에 투사시킨 후 중성미자가 다른 종류의 중성미자로 바뀌는지를 조사하는 실험으로, 세계 최초로 인위적으로 만든 빔을 이용해 장거리 규모에서 수행됐다.
연구팀은 “지난 99년4월부터 2004년 5월까지 수집된 데이터 분석 결과 중성미자의 진동변환이 없을 경우 슈퍼카미오칸데에서 151개의 중성미자가 충돌할 것으로 예상됐는데 실제로 관측된 것은 108개여서, 중성미자의 진동변환이 일어났다는 사실이 확실히 입증됐다”고 밝혔다.
연구팀은 또 “이 진동현상은 중성미자의 질량이 존재한다는 것을 의미한다”면서 “기존 입자물리학의 근간인 표준모형이론이 ‘중성미자는 질량이 없다’는 것을 전제로 하고 있기 때문에, 앞으로 물리학 기본이론의 대폭적인 수정이 불가피하며 대통일 이론과 같은 새로운 물리의 존재 가능성도 부각될 것”이라고 설명했다.
중성미자는 약력에 의한 원자핵 붕괴과정에서 방출되는 중성 전하를 띤 기본입자로, 최근까지 질량이 존재하지 않는 것으로 여겨져 왔다.
그러다 지난 98년 일본-미국-한국의 국제공동연구사업인 슈퍼카미오칸데 실험에서 처음으로 진동변환이 발견된 후, 2002년 캐나다 서드베리의 SNO실험에서도 태양의 핵붕괴로부터 생성된 중성미자 관측을 통해 태양 중성미자 진동변환이 검증된 바 있다.
그러나 이들 결과는 자연에서 생성된 대기 중성미자와 태양 중성미자의 관측을 토대로 한 것이어서 이번 K2K실험과 같이 인위적인 중성미자 빔을 사용한 실험의 검증이 요구돼왔다.
이번 실험에서 김재률 교수를 비롯한 한국 연구진은 한국과학재단의 지원을 받아 낮은 에너지의 중성미자 검출을 위한 섬광궤적 검출기의 전자신호를 처리하는 전단전자기판을 설계, 제작, 설치했으며 데이터 분석을 통해 중성미자 진동 결과를 얻어내는 과정에도 공헌했다. 이 실험에는 전남대 김재률 교수, 서울대 김수봉 교수 외에도 전남대 임인택 교수와 10여명의 연구원, 석박사과정 학생들이 참여했다.
한편 중성미자는 지금까지 물리학자들에게 3번이나 노벨상의 영광을 안겨다줄 정도로 물리학에서 매우 중요한 관심사이며, 특히 중성미자의 진동 발견은 입자물리학의 표준모형을 벗어난 새로운 물리의 탐색 가능성을 여는 것이자 빅뱅 초기의 현상을 기술하는 대통일이론의 검증 가능성을 보여주는 계기가 될 것으로 예상된다.
김재률 교수(金在律, 54)는 전남대 물리학과를 졸업하고 동대학원에서 석사학위를, 고려대에서 박사학위를 받았으며 지난 79년 전남대 교수로 임용된 후 2002년 일본물리학회 논문상과 2003년 용봉학술상을 수상했다.
문의 전남대 입자물리실험실 김재률 교수 : 530-3356, 011-612-2429
과기부 기초과학지원과 : 02-504-2361
한국과학재단 홍보팀 : 042-869-6112
웹사이트: http://www.chonnam.ac.kr
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2011년 11월 20일 14:36
