‘유령 입자’ 중성미자 분석 결과… 양자 중력 이론 예측과 달랐다 작성일 03-21 113 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">국제 연구팀, 국제학술지 공개<br>원거리 이동한 중성미자임에도… 수-진동 등 유의미한 변화 없어<br>‘마이크로블랙홀’ 존재 주장한… 양자중력 이론 일부 가설 반박</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="Q3xxAfe73K"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="c4cbe48e57296937f40a5fd13c9d55ffcc1ca4359bcb8102d2b46cd4df05565a" dmcf-pid="x0MMc4dz7b" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="지중해 해저 2450m에 설치된 유럽 큐빅킬로미터 중성미자검출기(KM3NeT)의 ORCA 탐지기에서 일어나는 중성미자 검출 과정을 시각화한 그림. KM3NeT 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202503/21/donga/20250321030310339ysep.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="PnYY7lXDU9" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202503/21/donga/20250321030310339ysep.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 지중해 해저 2450m에 설치된 유럽 큐빅킬로미터 중성미자검출기(KM3NeT)의 ORCA 탐지기에서 일어나는 중성미자 검출 과정을 시각화한 그림. KM3NeT 제공 </figcaption> </figure> <div contents-hash="63ff610cc6f1dd2db75e5dc4daecfa5b20f0d8986b8a0aa5490ea9bb90efbc71" dmcf-pid="yNWWuhHE3B" dmcf-ptype="general"> 과학자들이 지중해 해저 2450m 아래에 설치된 중성미자 검출기 데이터를 활용해 양자역학과 중력의 연결고리를 찾고 우주의 기원을 설명하는 이론인 ‘양자 중력(quantum gravity)’ 모델 일부가 틀렸다는 사실을 입증하는 데 성공했다. </div> <p contents-hash="c806e0cd8322eaf34b563fc442de846f13f65fef7b71f5a6b7d4175725b47513" dmcf-pid="WjYY7lXDUq" dmcf-ptype="general">나자 레싱 스페인 발렌시아대 물리학과 연구원팀은 유럽 큐빅킬로미터 중성미자 검출기(KM3NeT)에서 수집된 중성미자 데이터를 통해 양자 중력 이론의 새로운 한계를 제시하고 연구 결과를 20일 국제학술지 ‘우주론 및 천체 입자 물리학 저널’에 공개했다. 중성미자는 다른 물질과 상호작용이 거의 없어 ‘유령 입자’로 불리는 우주의 기본 입자다.</p> <p contents-hash="b138843a8b946379c7d90047e50e1f1e38897546734c2864bfe7bcff8f70bbd2" dmcf-pid="YAGGzSZwpz" dmcf-ptype="general">우주의 가장 기본적인 힘과 입자를 설명하는 표준 모형에 따르면 기본 힘 4가지는 전자기력과 약력, 강력, 중력이다. 전자기력, 약력, 강력은 1900년대에 제시된 양자역학을 통해 통합적으로 설명됐지만 중력과 양자역학의 연결고리는 명확하지 않았다.</p> <p contents-hash="63312dedb2000265f0de0bfc09e5776f208b952cd7d18a71f8d5d9eaf6cfb629" dmcf-pid="GcHHqv5r07" dmcf-ptype="general">양자 중력 이론은 양자역학이 작용하는 규모에서 중력을 설명하려는 물리학의 한 분야다. 일부 양자 중력 이론에 따르면 거대한 블랙홀과 성질은 같지만 더 이상 쪼갤 수 없을 정도로 작은 공간에 일시적으로 존재하는 ‘마이크로블랙홀’이 우주 이곳저곳에서도, 우리 주변에서도 생성·소멸되기를 반복한다. 하지만 마이크로블랙홀이 존재한다는 가설을 증명할 만한 실험 환경을 갖추기는 어려웠다. </p> <p contents-hash="fafc0ee1086bd4192a05055d842e7e6612d15a1ed1159f1a8e5a4bf5f733ee92" dmcf-pid="HmFFVHph7u" dmcf-ptype="general">중성미자는 질량이 거의 없고 전하도 띠지 않아 다른 물질과의 상호작용이 거의 없다. 지구 대기 중에서 생성되기도 하고 멀리 떨어진 천체에서 지구까지 날아오기도 한다. </p> <p contents-hash="fd673a682cfcb7715c037505404a1e01103b77e6b08245a9cd1b12c40ef30512" dmcf-pid="Xs33fXUl0U" dmcf-ptype="general">중성미자는 간접적인 방법으로 검출된다. 중성미자가 매우 낮은 확률로 물 입자 등과 상호작용하면 ‘이차입자’가 생긴다. 이때 발생하는 빛을 광학 센서로 감지하면 중성미자의 에너지와 날아온 방향 등을 역추적할 수 있다. KM3NeT의 검출기 중 하나인 ORCA가 물이 풍부한 지중해 수심 2450m에 설치된 이유다. 다른 중성미자 검출기도 보통 바다나 호수, 빙하 등에 설치된다.</p> <p contents-hash="ca7a5a14c0879c4901789ea54dbfdc3ab0e1e8a990d09584d68146f1fc39bbbd" dmcf-pid="ZO004ZuS0p" dmcf-ptype="general">중성미자는 생성하는 이차입자의 종류에 따라 전자·타우·뮤온 중성미자 세 가지로 나뉜다. 지구 대기에서 생성된 중성미자는 날아가면서 서로 변환되는 특성이 있다. 전자 중성미자가 타우 중성미자로, 타우 중성미자가 뮤온 중성미자로 변화하는 식이다. 일정한 주기로 바뀌기 때문에 ‘진동’ 특성이라고 한다.</p> <p contents-hash="14e3526d5db698d0cb2cb167785492efa113bc504076a09dc1e750bad2571afa" dmcf-pid="5Ipp857v30" dmcf-ptype="general">양자 중력 이론에 따르면 중성미자는 마이크로블랙홀과 상호작용하면서 일부가 사라지거나 이런 진동 특성이 변화할 것으로 예상된다. 지구 반대편에서 생성된 대기 중성미자가 지구를 뚫고 검출기까지 약 1만 km를 날아오는 동안 마이크로블랙홀과 충돌하는 등의 상호작용을 하면 검출기 가까이에서 생성된 중성미자들과 비교했을 때 그 수가 줄어들거나 각 중성미자의 비율이 달라질 것으로 보는 것이다.</p> <p contents-hash="2f5f8bf618b5b4fb410a2f31607de3d33412ccf8153b72dec61fad71138e5d2d" dmcf-pid="1CUU61zT03" dmcf-ptype="general">중성미자 외의 입자들은 보통 주변 환경과 강하게 상호작용하기 때문에 1만 km에 달하는 시공간 규모에서 실험하는 것이 거의 불가능하다. 중성미자가 마이크로블랙홀의 존재를 테스트할 수 있는 입자로 지목됐던 이유다.</p> <p contents-hash="0009ea1e5fe632a0d79c3e12e3e5737dea658589445505279c4d18cc4a75eacf" dmcf-pid="thuuPtqy7F" dmcf-ptype="general">연구팀은 2020년 1월부터 2021년 11월까지 ORCA 검출기에서 수집한 대기 중성미자 데이터를 활용해 진동 특성을 분석했다. 그 결과 멀리서 날아온 대기 중성미자의 수나 진동 특성에서 유의미한 변화가 없는 것으로 나타났다. 마이크로블랙홀의 존재를 가정하는 일부 양자 중력 이론을 실험을 통해 반증한 것이다.</p> <p contents-hash="be0f79bd3ee259ad8ea12848432424f4eef90d96163ec2b17ebf70a04d3cbc52" dmcf-pid="Fl77QFBWzt" dmcf-ptype="general">하창현 중앙대 물리학과 교수는 “양자 중력 이론에서 예측한 다수의 마이크로블랙홀이 중성미자 실험 결과 확인되지 않은 것”이라며 “마이크로블랙홀을 제시하는 일부 양자 중력 이론의 수정이 필요하다는 의미”라고 설명했다.</p> <table contents-hash="f1d0706d70bb9e8c9bd69476cd64d438f674fe35a5092d74b9cebc0ce4d0b213" dmcf-pid="3Szzx3bYU1" dmcf-ptype="general"> <tbody> <tr> <td>마이크로블랙홀</td> </tr> <tr> <td>거대한 블랙홀과 성질은 같지만 더 이상 쪼갤 수 없을 정도로 작은 공간에 일시적으로 존재하는 블랙홀이다. 양자역학과 중력의 연결고리를 설명하는 양자 중력 이론의 일부 모델에 따르면 마이크로블랙홀은 우리 주변을 포함한 우주 이곳저곳에서 발생하고 소멸되기를 반복한다.</td> </tr> </tbody> </table> <p contents-hash="9c268c08d2015f1fba08a0768f0638c4e8895a221d662fe46beefa5365269260" dmcf-pid="0vqqM0KGF5" dmcf-ptype="general">이병구 동아사이언스 기자 2bottle9@donga.com </p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아일보. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 재즈피아니스트 김솔아 정규 2집 ‘0=EXPANSION’ 발매 03-21 다음 ‘인공태양’ 원료 리튬-6, 친환경 분리 성공 03-21 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
