중성미자의 성질을 규명하고 질량의 측정에 진력하는 NEMO

CNRS에 따르면, 중성미자의 성질을 규명하고 그 질량을 측정하는 것을 목적으로 한 NEMO(중성미자 에토레 마요라나 천문대)의 실험은 매우 긍정적인 결과를 가져왔습니다. 2003년부터 2011년에 걸쳐 진행된 Modane Underground Laboratory(CNRS/CEA)에 설치된 7개의 CNRS 공동연구소1을 포함한 광범위한 국제 협력의 결과물. 희귀 방사성 붕괴 사건, 이른바 '허용된' 이중 베타 붕괴는 원자핵의 이해를 향상시키는 데 도움이 되었습니다. 또한 소위 '금지된' 이중 베타 붕괴의 탐험에서 수집된 데이터로부터 연구자는 중성미자 질량의 상한 범위(0.3-0.9 eV)을 확립할 수 있었습니다.

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Image: Mysterious neutrinos take the stage at SLAC

저널 Physical Review Letters에 게재된 이러한 발견은 중성미자 물리학 및 우주론 모델에 새로운 빛을 던졌습니다. NEMO로 선정된 기술은, SuperNEMO 검출기의 길을 엽니다. SuperNEMO 검출기는 100배의 감도 향상으로, 물리학의 새로운 시대의 도래를 알리는 이른바 '금지된' 이중 베타 붕괴를 발견하실 수도 있습니다.

NEMO 검출기는 우주 나이의 1000억 배의 반감기를 가진 몇 개의 동위원소에서 발생하는 매우 드문 방사성 현상인 이중 베타 붕괴의 관측을 목적으로 하고 있습니다. '허가된' 이중 베타 붕괴에서는 2개의 중성자가 동시에 2개의 양성자로 변환되고, 2개의 전자와 2개의 중성미자가 방출됩니다. NEMO는 8년간 운용하는 동안 7가지 동위원소에서 이러한 이벤트를 100만 개 탐지하였고, 원자핵의 구조의 해명에 도움이 되었습니다.

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Image: is Neutrino faster than light ? - Daily News Readers

몇 가지 이론은 중성미자의 방출이 없는 이중 붕괴의 존재를 예측하고 있습니다. 이 감쇄는 입자물리학 전체의 기반이 되는 표준 모델에 위반하고 있으므로, '금지된' 것으로 알려져 있습니다. 그런 붕괴가 실제로 존재하는 경우, 중성미자는 이른바 마요라나 페르미온, 즉 그 자체의 반입자인 입자를 의미합니다. 우주론자에 따르면, 이 물질의 규명을 통해 초기 우주에서 생성된 이유와 반물질을 이긴 이유를 설명할 수 있다고 합니다. NEMO는 중성미자가 없는 이중 베타 붕괴를 찾을 수 없었습니다. 그러나 수집된 데이터에서 연구자는 중성미자 질량의 상한은, 고려되는 핵 모델에 따라 0.3~0.9 eV의 범위 내에 있어야 한다는 것을 확립할 수 있었습니다. 또한 특정 중성미자가 없는 이중 베타 붕괴 모드, 특히 초대칭 입자가 관여하는 모드에 대해 더욱 정확한 제한을 설정할 수 있었습니다.

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Image: The mystery of neutrino mass could soon be solved - Tech Explorist

NEMO 실험의 주요 목적은 불가사의한 방사선 및 자연 방사능에 의해 숨겨져 있는 매우 드문 신호인 '더블 베타 붕괴'를 감지하는 것이었습니다. 이 백그라운드 방사선으로부터 보호하기 위해 후레모스 도로 터널의 약 2,000m의 바위 밑에 NEMO-3 감지기를 설치하였고 방사능이 매우 낮은 재료를 사용하여 만들었습니다. 그 결과 검출기의 총 방사능 수준은 자연 방사능보다 1백만 배 약합니다.

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Image: Will the true neutrino please stand up? | Live Science

NEMO 장치의 고유한 또 하나의 특징은, 에너지를 측정하는 열량계를 사용하면서 이중 베타 붕괴에서 방출된 입자를 식별하는 능력입니다. 이 기술 덕분에, 얻어진 데이터의 품질이 100배 향상되어, 중성미자가 없는 이중 베타 붕괴를 감지할 수 있는 감지기인 SuperNEMO의 길을 엽니다. 2018년에 가동할 예정인 이 기기를 사용하여, 과학자들은 표준 모델을 뛰어넘는 새로운 물리학의 선구자가 되기를 바라고 있습니다.

출처 참조 번역
NEMOはニュートリノ質量に迫る
https://jpn.legatechnics.com/nemo-closes-neutrino-mass-773757