**학부만 졸업해서 물리학에 대한 깊은 이해 따위는 없습니다. 또 시간이 없어서 대충보고 올립니다...양해양해..
양해 부탁드리고 더 깊이 아시는 입자이론 고수님들께서 바로 잡아주시길 간곡히 부탁드립니다.


1. 중성미자가 먼가요? 먹는건가요?

오늘 빛보다 빠른 물질을 검출했다고 해서 하루종일 패닉과 흥분상태에 있었습니다.
배운 것은 없습니다만 오늘 실험에 대해 잠시 이야기해볼까 합니다.

오늘 실험의 주인공은 중성미자입니다. 영어로 뉴트리노라고 하는데 이 녀석을 보기 전에 잠시
다음 표를 보면


물질(페르미온)의 3세대라는 그림이 있습니다.

순서대로 보라색이 쿼크고 이들은 양성자 및 중성자 같은 핵자를 구성하는 입자입니다. (예: 양성자:uud  3개가 합친 겁니다)
초록색이 렙톤이고 빨간색이 힘을 매개하는 입자입니다.
쿼크와 렙톤을 기본입자라고 부릅니다.

통상 쿼크와 렙톤은 3세대에서 2세대를 거쳐 1세대로 붕괴하며 실험실을 제외한 거의 모든 우주에서는 1세대만 존재합니다.
3세대와 2세대는 붕괴시 짧은 시간만 존재합니다.

중성미자라는 녀석은 질량이 거의 없습니다.
전자나 다른 쿼크들이 MeV 이상의 질량을 갖는 반면 중성미자는 eV단위의 질량을 갖습니다. M은 메가 단위죠.
제일 질량이 작은 렙톤인 전자의 질량은 0.5MeV입니다. 이에 비해 중성미자는 2eV 정도 니 얼마나 작은지 알 수 있습니다.
그리고 이 녀석은 약력과 중력에만 반응을 합니다.
일반적인 입자가속기에서 검출이 불가능합니다.
검출이라는 것은 힘에 반응을 해야 발견이 되는 것인데 약력과 중력은 강력과 전자기력에 비해 아주 미미한 힘이라 검출이 안됩니다.

일본에서 슈퍼카미오칸데라는 엄청나게 큰 수조를 만들어 검출하긴 했습니다.
중성미자는 검출하기 너무너무 힘들지만 분명 존재합니다.

특이한 것이 중성미자는 1세대(전자중성미자), 2세대(뮤온중성미자), 3세대(타우중성미자) 중성미자가 서로 바뀝니다.
이걸 중성미자 진동이라고 하는데 태양에서 날아오는 중성미자의 진동을 발견했습니다.

잠시 중성미자가 왜 중요한지 설명드릴께요.

우주에는 4가지 힘이 있다고 들어 보셨을겁니다. 중력, 전자기력, 약력 그리고 강력이죠.
1970년 중반에 표준모형이 나와서 중력을 제외한 나머지 세 힘을 이론적으로 설명합니다.
이때 중성미자의 질량은 없는 것으로 가정을 했습니다.

하지만, 미미하게 질량이 있는 것으로 밝혀져 표준모형의 수정이 필요하게 되었습니다.
잘 발견되지도 않는 그리고 가벼운 중성미자라는 녀석 때문에 수정이 필요하게 된 겁니다.
표준모형은 힉스입자(질량을 결정한다고 하는)의 존재를 예측을 합니다만 아직 발견은 되지 않았죠.

하여튼 중성미자는 연구대상입니다.


2. 오늘 실험 이야기

이번 실험은 중성미자의 진동에 관련된 실험입니다. 그리고 중성미자의 속도도 측정하려고 합니다.
뮤온중성미자가 타우중성미자로 바뀌는 것을 보고 싶은 겁니다.

강력한 400GeV의 양성자빔을 쏴서 붕괴과정을 거친 후 17GeV의 에너지를 갖는 뮤온중성미자를얻습니다.
포항가속기연구소의 방사광이 약 2GeV의 에너지이니 얼마나 강력한 것인지 알 수 있습니다.
중성미자는 지구를 뚫고 730Km 날아가 측정이 됩니다.
(왠만한 물질과 반응을 하지 않기 때문에 우주공간을 날아가는 것이나 지표면을 날아가는 것이나 방해할 장애물은 없습니다.)

16111번의 실험을 3년간 했고 약 10의 20개의 양성자를 충돌시켜 데이터를 얻었습니다.
5489번 측정기에 측정이 이루어집니다.(730Km 떨어진 곳에 있는)
근데...평균 중성미자의 에너지는 28.1GeV이구요.

재미있는 것은 앞에서 약 17GeV의 뮤온중성미자를 발사한다고 했는데 이번 실험결과 13.9GeV와 42.9GeV 두가지 뮤온중성미자를 발견합니다. 평균에너지는 28.1GeV로 발사한 것보다 평균에너지 수치가 높습니다…헐..

그리고 속도 측정 결과 뮤온 중성미자가 약 60ns정도 빛보다 더 일찍 들어왔다고 결론 내린 것 입니다.
타우중성미자로 바뀌었다는 이야기는 없는 것으로 보아 진동현상은 관찰하지 못했지만, 이상한 데이터를 얻은 것만은 분명합니다.

앞으로 어떤 결과가 나올지 흥미진진하네요

ps. 중성미자는 표준모형에 있어서 성가신 녀석임을 확증을 했네요.
중성미자연구와 힉스입자의 발견은 표준모형의 수정을 가져올 것이고 수정을 넘어 새 이론이 탄생될 지는 지켜봐야겠습니다.