중성미자 얼마나 작으면…질량 차이가 전자 질량의 10억분의 1

국내 연구진이 중성미자 가운데 가장 무거운 것과 가장 가벼운 것의 질량 차이가 전자 질량의 10억분의 1에 불과하다는 사실을 밝혀냈다. 우주 탄생의 비밀을 밝히는 데 기여를 한 연구로 주목된다.

미래창조과학부는 25일 국내 대학 공동연구진이 원자로에서 방출되는 중성미자의 파동주기를 관측하여 중성미자 가운데 가장 가벼운 것과 가장 무거운 것의 질량 차이가 전자 질량의 약 10억분의 1 정도가 된다는 것을 측정하였다고 밝혔다. 연구진을 이끌고 있는 김수봉 서울대 교수(물리천문학부)는 “물리학의 난제로 남아 있는 ‘중성미자 질량 순서’와 우주의 ‘물질과 반물질의 비대칭성’을 알아낼 가능성을 활짝 열어놓은 연구”라고 설명했다.

중성미자는 더 이상 쪼갤 수 없다는 의미의 소립자 12가지에 속하는 입자로서, 분자·원자 등을 구성하는 요소다. 질량이 거의 없고, ‘유령 입자’로도 불리는데 전자·뮤온·타우 중성미자 등 3종류가 있다. 이번 연구는 이런 중성미자 가운데 가장 가벼운 것과 무거운 것 사이 질량 차이를 전자 질량의 10억분의 1 수준까지 검출해 낸 것이 성과다. 이는 기존의 검출 수준을 획기적으로 줄인 것으로 이후 관련 연구에 크게 기여할 전망이다.

연구진은 중성미자의 질량 문제 연구를 위해 2011년 8월부터 영광 원자력발전소에서 방출되는 중성미자를 계속 관측해 왔다. 이를 통해 2013년 1월까지 약 500일 동안 얻은 데이터를 분석해 이번 연구 결과를 도출해냈다. 이 연구 논문은 물리학 분야 세계 최고권위지 가운데 하나인 <피지컬리뷰 레터스> 5월24일치에 실렸다.

권오성 기자 [e-mail]