소립자의 표준이론은 힉스입자의 발견으로 완성되었지만 왜 입자는 렙톤과 원자핵을 구성하는 쿼크로 나뉘어져 있는지, 왜 힘은 3종류 존재하는지 등 표준이론 그럼 대답할 수 없는 의문이 남아 있습니다. 이 때문에 표준이론은 더욱 큰 틀, '대통일이론'의 일부라는 생각이 유력하다. 이 궁극의 이론에서는, 지금까지 불멸이라고 생각되어 온 양성자도 언젠가는 붕괴될 것을 예언하고 있습니다. 물질은 원자로부터, 원자는 원자핵과 전자, 그리고 원자핵은 양자와 중성자로 만들어져 있기 때문에 이 세계의 물질은 모두 언젠가 부서져 없어져 버리는 것을 의미합니다.
슈퍼 카미오칸데에서는 5만 톤의 물을 이용해 그 안의 양성자가 깨지는 현상을 관측하려고 실험을 계속하고 있습니다. 양성자는 다양한 붕괴방법이 예상되고 있지만, 그 중에서도 양전자와 중성 파이 중간자로 붕괴될 가능성이 높다고 다양한 이론모델이 예언하고 있습니다. 중성 파이 중간자는 즉시 2개의 감마선으로 붕괴되므로 양전자와 함께 3개의 체렌코플링이 검출기 내에서 관측되게 됩니다. 양성자 붕괴사건을 관찰할 때 방해가 되는 배경은 실제로 에너지의 상대적으로 높은 중성미자가 일으키는 사건인데 이 배경을 작게 억제하기 위해 이번에 새로운 해석이 도입되었습니다.
중성미자 현상에서는 중성자가 방출되는 경우가 많지만, 중성자는 수중에서 속도를 떨어뜨리고, 마지막에는 수소와 연결되어 중수소를 만들며 감마선을 냅니다. 이 늦게 나온 감마선을 잡음으로써 기존보다 백그라운드를 절반으로 줄이는 데 성공했습니다. 또한 양성자 붕괴의 감도를 향상시키기 위해 또 다른 분석방법이 개선되었습니다. 수중의 양성자는 산소 원자핵에 8개, 수소 원자핵에 2개 존재합니다. 산소 원자핵 내의 양성자는 핵 내에서 운동량을 갖는 것으로 알려져 있지만, 수소 양성자는 거의 정지되어 있다. 이 때문에 산소 원자핵 내에서 양자붕괴는 배경이 비교적 많고 수소 쪽은 적다는 특징이 있습니다. 이번 해석에는 신호영역을 산소 원자핵 내의 양성자와 수소 양성자로 분리함으로써 보다 양성자 붕괴에 대한 감도를 향상시켰습니다.
양성자 붕괴 현상은 관측되지 않았고, 양성자의 수명은 적어도 1.6×10^34년 이상이라는 결과가 얻어졌습니다. 약 300킬로톤의 데이터를 해석한 결과, 유감스럽게도 양자가 양전자와 중성파이 중간자로 붕괴하는 현상은 관측되지 않았고, 양성자의 수명은 적어도 1.6×10^34년 이상이라는 결과를 얻었습니다. 양전자가 뮤입자로 대체한 붕괴모드도 해석했지만, 여기에서는 2사건 관측되었지만 예상되는 배경의 범위 이내 였습니다.
출처 참조 번역
- Wikipedia
- 陽子崩壊の現象を探索した最新結果について論文を発表しました
https://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/news/detail/478/
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