Short Baseline Neutrinos

또다른 중성미자가 존재할까?

아원자의 세계를 설명하는 표준모형에 따르면 우주에는 약력에 영향을 받는 세가지 종류의 중성미자가 있고 각각 전자, 뮤온, 타우 중성미자라고 불리운다. 최근의 중성미자 물리학은 괄목할만한 발전을 통하여 많은 중요한 결과들은 내놓고 있는데 특히 태양에서 오거나 지구 대기에서 생성되는 중성미자의 진동현상을 정밀하게 측정하여 그 질량이 (극히 작지만) 0이 아니라는 것을 밝혀냈다. 중성미자의 비밀스러운 성질들을 더 정확하게 측정하는 과정에서 최근 몇몇 실험들은 공통으로 4번째 종류의 중성미자가 존재할 가능성을 보여주는 실험결과를 얻게 되었다. 특히 원자로에서 아주 가까운 거리에 검출기를 설치하여 우라늄의 핵분열시 방출되는 중성미자의 진동현상을 측정하는 여러 실험들에서 기본 중성미자들과 혼합될 수 있는 네번째 중성미자의 존재를 강하게 지지하는 결과들이 얻어졌다(그림 1). 이 중성미자는 약력에 영향을 받지 않기 때문에 비활성 중성미자라 불리운다.

단거리 중성미자 진동 실험

한국에서는 전남 영광의 한빛원자력발전소 5호기의 텐던 갤러리에 약 1000리터의 액체섬괌물질로 이루어진 중성미자 검출기를 설치하여, 비활성 중성미자로 인한 단거리 중성미자 진동을 측정하는 실험을 진행하였다. 열출력 2.8기가와트의 원자로 중심부로부터 약 24미터 거리에서 하루 약 2천 개의 중성미자 신호를 검출해 낼 수 있었다. 2015년 여름부터 2016년 봄까지 진행된 실험의 결과 특정한 진동 패턴은 발견되지 않았고, 이에 따라 기존의 실험 결과들로부터 예상되었던 네번째 중성미자의 질량 영역의 대부분을 제외시킬 수 있었다. 실험의 결과는 2017년 3월 피지컬 리뷰 레터스(DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.121802)에 게재되었다. 실험에는 전남대학교, 중앙대학교, 세종대학교와 원자력연구원, 기초과학연구원에서 약 20명의 연구자들이 참여하고 있다.