중성미자 탐색, "새로운 물리학"을 위해 공간을 점점 좁혀가고 있다.
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2021-11-04 09:21:28
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- 중성미자는 물리적 표준 모델에서 가장 수수께끼 같은 입자 중 하나
- 미국 MicroBooNE 실험에서 가상의 중성미자인 네 번째 유형의 중성미자의 흔적 못 찾아
- 중성미자와 물질 사이에 비표준 상호작용이 있는 경우 진동을 포함한 5가지 매개변수로 이를 입증할 수 있다.
중성미자는 물리적 표준 모델에서 가장 수수께끼 같은 입자 중 하나다.
중성미자는 물질과 거의 상호 작용하지 않고 질량이 거의 없으며 서로 변형할 수 있다. 또한 중성미자 탐지기는 예상과 다른 편차를 계속 기록한다. 일부 입자 트랙은 에너지가 놀라울 정도로 높으며, 다른 입자 트랙은 아직 탐지되지 않은 유형의 중성미자 또는 새로운 유형의 상호작용을 나타내는 것으로 보인다. 물리학자들은 "유령 입자"에서 물질과 반물질 사이의 대칭이 깨졌다는 증거를 발견했을 것이다.
문제는 지금까지 네 번째 유형의 중성미자 또는 물리학의 표준 모델을 넘어서는 상호작용의 존재를 증명할 수 있을 만큼 편차가 명확하지 않다는 것이다. 이러한 이유로 무엇보다도 최근 몇 년 동안 여러 물리학 팀이 이러한 비표준 상호작용 및 진동을 특별히 검색했다.
MicroBooNE: 멸균 중성미자에는 아무것도 없다.
물리학자들은 네 번째 유형의 중성미자의 증거를 찾기 위해 미국 Fermilab에서 MicroBooNE 실험을 사용했다. 그곳에서 뮤온 중성미자는 다른 유형의 중성미자로의 변환에 대해 분석됐다. 측정 섹션 이후에 약간 초과된 전자 중성미자는 최근 거기에서 문제를 제기했다. 이것이 MicroBooNE 협업의 연구원들이 불모의 중성미자의 가능한 미량에 대해 4개의 다른 연구에서 실험의 처음 3년 데이터를 다시 확인하는 이유다.
결과:
“우리는 여러 유형의 중성미자 상호작용에 대해 매우 광범위한 연구를 수행했다. 모두가 같은 말을 한다. 불모의 중성미자 존재에 대한 증거가 없다.”라고 Bern 대학의 미셀레 베버(Michele Weber)는 보고했다. "우리는 이제 변칙성에 대한 가장 가능성 있는 설명을 배제하고 더 복잡하고 아마도 더 흥미로운 다른 가능성을 조사할 수 있다.”
IceCube: 대기 중성미자에 대한 눈
IceCube 협업의 물리학자들도 표준 모델을 사용해 설명할 수 없는 중성미자 상호작용을 찾고 있었다. 이를 위해 그들은 탐지기가 특히 조밀하게 배열된 남극의 얼음에 내장된 중성미자 탐지기 DeepCore를 사용했다. IceCube의 이 부분은 주로 대기 중 더 낮은 에너지의 중성미자에 반응한다.
마인츠 대학의 엘리사 로핑크(Elisa Lohfink)는 “대기 중성미자는 중성미자가 표준 모델을 넘어서는 중성미자 상호작용이 존재하는지 여부를 테스트할 수 있는 좋은 기회를 제공한다. 중성미자는 물질의 밀도가 매우 높은 중심을 포함하여 지구를 통과하기 때문이다”고 설명했다.
중성미자와 물질 사이에 비표준 상호작용이 있는 경우 진동을 포함한 5가지 매개변수로 이를 입증할 수 있다. 전반적으로 분석은 5.6GeV(기가전자볼트)와 100GeV 사이의 에너지를 가진 거의 4만8000번의 중성미자 사건을 기반으로 했다.
비표준 상호작용이 제한됨
물리학자들은 각 매개변수에 대해 개별적으로뿐만 아니라 5가지 결합된 모든 매개변수에 대해 표준 모델을 넘어 가능한 중성미자 상호작용에 대해 여전히 생각할 수 있는 영역을 제한하는 데 성공했다.
마인츠 대학의 Sebastian Böser는 "우리가 아는 한, 단일 측정으로 이를 수행할 수 있는 다른 실험은 전 세계에 없다"며 "이런 식으로 우리는 중성미자 분야에서 새로운 물리학에 대한 전례 없는 범위의 모델을 테스트할 수 있다"고 말했다.
전반적으로 최근 컨퍼런스에서 발표된 이러한 새로운 결과는 새로운 유형의 중성미자 또는 중성미자 상호작용 형태의 ‘New Physics 새로운 물리학’은 열려 있음을 의미한다. 이를 위한 공간은 점점 더 좁혀지고 있으며 테스트 가능성은 계속해서 향상되고 있다.
(Physical Review Letters, submitted, Physical Review D, 2021, doi: 10.1103 / PhysRevD.104.072006)
출처: Universität Bern, Universität Mainz
- 중성미자는 물리적 표준 모델에서 가장 수수께끼 같은 입자 중 하나
- 미국 MicroBooNE 실험에서 가상의 중성미자인 네 번째 유형의 중성미자의 흔적 못 찾아
- 중성미자와 물질 사이에 비표준 상호작용이 있는 경우 진동을 포함한 5가지 매개변수로 이를 입증할 수 있다.
중성미자: "새로운 물리학"을 위한 공간이 점점 좁혀지고 있다.
중성미자에 대한 흔적 없고 비표준 중성미자 상호작용에 대한 한계
이중 제한:
두 개의 중성미자 관측소는 표준 모델을 넘어 입자 및 상호작용을 위한 공간을 더욱 좁히는 데이터를 제공한다. 미국의 MicroBooNE 실험에서 물리학자들은 가상의 중성미자인 네 번째 유형의 중성미자의 흔적을 찾을 수 없었다. 남극의 IceCube 검출기는 5가지 가능한 모든 매개변수에서 중성미자의 비표준 상호작용을 강력하게 제한한다.
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▲ IceCube 중성미자 탐지기는 "유령 입자"와 가능한 "새로운 물리학"을 연구하는 데 가장 중요한 도구 중 하나다. 남극의 얼음에 있다. © Benjamin Eberhardt/ NSF |
중성미자는 물리적 표준 모델에서 가장 수수께끼 같은 입자 중 하나다.
중성미자는 물질과 거의 상호 작용하지 않고 질량이 거의 없으며 서로 변형할 수 있다. 또한 중성미자 탐지기는 예상과 다른 편차를 계속 기록한다. 일부 입자 트랙은 에너지가 놀라울 정도로 높으며, 다른 입자 트랙은 아직 탐지되지 않은 유형의 중성미자 또는 새로운 유형의 상호작용을 나타내는 것으로 보인다. 물리학자들은 "유령 입자"에서 물질과 반물질 사이의 대칭이 깨졌다는 증거를 발견했을 것이다.
문제는 지금까지 네 번째 유형의 중성미자 또는 물리학의 표준 모델을 넘어서는 상호작용의 존재를 증명할 수 있을 만큼 편차가 명확하지 않다는 것이다. 이러한 이유로 무엇보다도 최근 몇 년 동안 여러 물리학 팀이 이러한 비표준 상호작용 및 진동을 특별히 검색했다.
MicroBooNE: 멸균 중성미자에는 아무것도 없다.
물리학자들은 네 번째 유형의 중성미자의 증거를 찾기 위해 미국 Fermilab에서 MicroBooNE 실험을 사용했다. 그곳에서 뮤온 중성미자는 다른 유형의 중성미자로의 변환에 대해 분석됐다. 측정 섹션 이후에 약간 초과된 전자 중성미자는 최근 거기에서 문제를 제기했다. 이것이 MicroBooNE 협업의 연구원들이 불모의 중성미자의 가능한 미량에 대해 4개의 다른 연구에서 실험의 처음 3년 데이터를 다시 확인하는 이유다.
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| ▲ MicroBooNE 검출기는 설치 직전에 중심부에서 중성미자 진동을 감지한다. © Fermilab |
결과:
“우리는 여러 유형의 중성미자 상호작용에 대해 매우 광범위한 연구를 수행했다. 모두가 같은 말을 한다. 불모의 중성미자 존재에 대한 증거가 없다.”라고 Bern 대학의 미셀레 베버(Michele Weber)는 보고했다. "우리는 이제 변칙성에 대한 가장 가능성 있는 설명을 배제하고 더 복잡하고 아마도 더 흥미로운 다른 가능성을 조사할 수 있다.”
IceCube: 대기 중성미자에 대한 눈
IceCube 협업의 물리학자들도 표준 모델을 사용해 설명할 수 없는 중성미자 상호작용을 찾고 있었다. 이를 위해 그들은 탐지기가 특히 조밀하게 배열된 남극의 얼음에 내장된 중성미자 탐지기 DeepCore를 사용했다. IceCube의 이 부분은 주로 대기 중 더 낮은 에너지의 중성미자에 반응한다.
마인츠 대학의 엘리사 로핑크(Elisa Lohfink)는 “대기 중성미자는 중성미자가 표준 모델을 넘어서는 중성미자 상호작용이 존재하는지 여부를 테스트할 수 있는 좋은 기회를 제공한다. 중성미자는 물질의 밀도가 매우 높은 중심을 포함하여 지구를 통과하기 때문이다”고 설명했다.
중성미자와 물질 사이에 비표준 상호작용이 있는 경우 진동을 포함한 5가지 매개변수로 이를 입증할 수 있다. 전반적으로 분석은 5.6GeV(기가전자볼트)와 100GeV 사이의 에너지를 가진 거의 4만8000번의 중성미자 사건을 기반으로 했다.
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| ▲ 가능한 비표준 상호 작용을 확인하기 위한 데이터는 IceCube의 DeepCore에서 가져온다. © IceCube Collaboration |
비표준 상호작용이 제한됨
물리학자들은 각 매개변수에 대해 개별적으로뿐만 아니라 5가지 결합된 모든 매개변수에 대해 표준 모델을 넘어 가능한 중성미자 상호작용에 대해 여전히 생각할 수 있는 영역을 제한하는 데 성공했다.
마인츠 대학의 Sebastian Böser는 "우리가 아는 한, 단일 측정으로 이를 수행할 수 있는 다른 실험은 전 세계에 없다"며 "이런 식으로 우리는 중성미자 분야에서 새로운 물리학에 대한 전례 없는 범위의 모델을 테스트할 수 있다"고 말했다.
전반적으로 최근 컨퍼런스에서 발표된 이러한 새로운 결과는 새로운 유형의 중성미자 또는 중성미자 상호작용 형태의 ‘New Physics 새로운 물리학’은 열려 있음을 의미한다. 이를 위한 공간은 점점 더 좁혀지고 있으며 테스트 가능성은 계속해서 향상되고 있다.
(Physical Review Letters, submitted, Physical Review D, 2021, doi: 10.1103 / PhysRevD.104.072006)
출처: Universität Bern, Universität Mainz
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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