중성미자

신의 입자를 찾아서 - 양자역학과 상대성이론을 넘어
이종필 지음 / 마티 / 2015년 4월

중성미자

2015년 노벨물리학상으로 중성미자(中性微子·neutrino)에 질량이 있다는 사실을 밝혀낸  가지타 다카아키(梶田隆章·56) 일본 도쿄대 교수와 아서 맥도날드(72) 캐나다 퀸즈대 교수가 노벨 물리학상을 수상했다. 이와 관련된 내용이 <신의 입자를 찾아서>에 있기에 다시 꺼내 읽어보았다.

방사성 동위원소 붕괴 과정에서 전자가 튀어나오는데, 전자가 가진 에너지가 방사성 동위원소가 가지고 있던 원래의 에너지보다 훨씬 작았다. 파울리는 전기적으로 중성이고 질량도 없는 유령 같은 녀석이 나머지 에너지를 가지고 달아났다고 했다. 그것이 바로 중성미자다. 'neutrino 중성미자'란 이름은 페르미가 붙였다. 

중성미자의 질량은 0이라고 생각해왔다. 그러나 일본 가미오카에 있는 '슈퍼 가미오칸데' 실험을 통해 중성미자가 질량을 가지고 있다는 사실을 확인했다. 이번에 노벨물리학상을 받은 연구다. 일본은 카미오칸데를 통해 중성미자 연구 선두에 서있다. 연구시설을 계속 발전시켜 왔다.

1) 최초의 카미오칸데는 지름 15.6미터, 높이 16미터의 원기둥형 물탱크에 약 3,000톤 가량의 증류수가 채워져 있다.

2) 슈퍼 카미오칸데는 지름 39.3미터(책에는 반지름 40미터로 되어 있는데 오타가 아닐지..), 높이 41.4미터, 그 안에 찬 물의 양이 5만톤이다.

3) 그리고 지금은 '하이퍼 카미오칸데'를 지으려 하는데, 지름 43미터, 높이 250미터에, 물의 양은 100만톤에이라고 한다. 

사업비는 슈퍼 카미오칸데가 1,000억원, 하이퍼 카미오칸데가 1조원 정도라고 한다.

(우리나라에서는 2021년을 목표로 대전에 지으려고 하는 중이온가속기 사업비가 1조 4천억원 정도)

(안타깝게도 중성미자 진동은 중성미자의 질량이 0이 아니라는 결정적 증거이긴 하지만, 이를 통해서는 중성미자들의 질량 차이만 알 수 있을 뿐이다. 세 종류의 중성미자 각각의 질량이 얼마인지 그 절대적인 크기를 알려면 다른 방법을 동원해야 한다. 그리고 그 질량이 얼마나 될는지는, 과학계 초미의 관심사다. 중성미자의 질량을 직접 측정할 수 있는 새롭고 획기적인 방법이 만약 제시된다면 일약 세계 과학계의 스타로 떠오르는 건 시간문제다. 슈퍼 가미오칸데 실험그룹이 이미 노벨상을 '예약'해 놓았다는 것이 학계의 믿을 만한 소문이다.

이종필, <신의 입자를 찾아서>, 마티)