중성미자 진동으로 우주를 파악

중성미자는 더 이상 작을 수없는 소립자 중 하나입니다. 전하를 가지지 않고 측정할 수 없을 정도로 작고 가볍기 때문에 뭐든지 통과해 버립니다. 그만큼 찾아내는 것도 어렵습니다.

찾을 수 없기 때문에 주위에 별로 없는 것도 아니라서 우주에서 오는 중성미자는 초당 100조 개나 우리 몸을 지나가고, 지금 원전에서 문제가 되고 있는 방사성물질도 방사선과 함께 중성미자도 방출하고 있습니다. 방사선은 몸의 조직에 부딪혀 부수기 때문에 해가 되지만 중성미자는 뭐든지 통과하기 때문에 해롭지 않습니다.

오시바 마사토시가 카미오칸데라는 용량 3000톤의 수조에서 중성미자를 포착해 2002년에 노벨상을 수상했습니다.

중성미자에는 전자형, 뮤형, 타우형이라는 3종류 있습니다.

중성미자는 비행 중에 '형'을 변경합니다. 전자형 중성미자가 뮤형 중성미자로 바뀌거나 뮤형 중성미자가 타우형 중성미자로 바뀌거나 합니다.

이것을 "중성미자 진동"이라고 합니다. 이 형 바꾸기의 구조를 잘 조사하면 중성미자의 무게 등의 성질을 알 수 있습니다.

중성미자의 성질을 알면 물질의 수수께끼를 알 수 있을 것으로 기대됩니다. 우주가 태어났을 때 우주는 에너지로 가득 차 있었고 거기에서 물질과 반물질이 동일하게 태어났습니다. 이 반물질과 물질이 다시 만나면 함께 에너지로 돌아가 사라져 버립니다.

우리를 포함하여 주위에 있는 물건과 별들은 모두 물질로 만들어져 있고, 반물질은 좀처럼 발견되지 않습니다. 반물질은 물질과 거의 물리적 성질이 동일(전하가 반대이지만)이므로 왜 반물질만이 소멸하고 물질은 살아남았는지 그 이유는 미궁입니다.

중성미자와 반 중성미자(중성미자의 반입자) 사이에는 약간의 진동방법의 차이가 있고, 어쩌면 물질이 존재하는 설명해줄지도 모릅니다.

이 차이를 'CP대칭성의 깨짐'이라고 합니다. 고바야시 마코토와 마이카와 토시에이가 2008년 노벨상을 수상했을 때 언급되었습니다. 중성미자에도 이 CP대칭성의 깨짐이 일어나고 있을지도 모릅니다.

'전자 중성미자의 출현의 징후가 보였다'는 현단계에서는 중성미자 진동을 조사하여 물질의 수수께끼를 푸는 큰 목표를 달성하는 것은 아직 몇 년 걸립니다.

지금 조사하고 있는 것은 아직 중성미자 진동으로, 반 중성미자의 연구에는 이르지 않습니다. 6월의 성과에서 얻은 중성미자 진동에 대해서도 99.3퍼센트의 확률로 실제로 일어났다고 파악하고 있지만 통계적으로는 아직 '발견'이라고는 부를 수 없습니다.

하지만 이 결과는 매우 획기적인 것으로, 뮤형 중성미자에서 전자형 중성미자로의 형의 변화가 처음으로 파악되었을 뿐만 아니라 원래 발견이 매우 어렵기 때문입니다. 게다가 이번 성과는 인공적으로 중성미자를 만들고 비행하기 전과 후를 관찰하고 있기 때문에 형의 변화가 일어난 것을 확실히 알 수 있습니다. 이것은 우주에서 오는 중성미자로는 할 수 없는 것입니다.

실험명 'T2K'는 Tokai-to-Kamioka(토카이에서 카미오카)라는 의미로, 이바라키현 도카이무라에 있는 J-PARC로부터 약 300킬로 거리의 기후현 히다시 카미오카초에 있는 슈퍼 카미오칸데에 중성미자를 쏘고 있습니다. 뮤형 중성미자를 J-PARC에서 생성하여 슈퍼 카미오칸데에서 몇 개의 전자형 중성미자로 바뀌었는지를 계산합니다. 중성미자의 여행 전과 여행 후의 수를 세는 것으로, 정확하게 몇 개가 형을 바꾸었는지를 알 수 있습니다.

그러나 J-PARC는 3월 11일의 동일본 대지진으로 피해를 입어 데이터의 수집도 멈추어 버렸습니다. 만약 아직 운전을 계속했다면 지금 무렵에는 발견 단계에 도달했을지도 모릅니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- ニュートリノ振動で宇宙がわかるわけ
https://blog.miraikan.jst.go.jp/articles/20110715post-156.html#:~:text=%E3%83%8B%E3%83%A5%E3%83%BC%E3%83%88%E3%83%AA%E3%83%8E%E3%81%A8%E3%81%AF%E3%80%81%E3%81%93%E3%82%8C%E4%BB%A5%E4%B8%8A,%E3%81%99%E3%82%8B%E3%81%A8%E3%81%99%E3%82%8A%E6%8A%9C%E3%81%91%E3%81%A6%E3%81%97%E3%81%BE%E3%81%84%E3%81%BE%E3%81%99%E3%80%82