왜 중성미자가 중요한가 |실비아 브라보 갈라트(Sílvia Bravo Gallart)

전체 영상 보기: http://ed.ted.com/lessons/why-neutrinos-matter-silvia-bravo-gallart

우주를 구성하는 가장 작은 요소인 소립자 중에서도, 가장 작은 것이 중성미자입니다. 우리가 그 작은 중성미자를 잡아낼 수만 있다면, 그것은 우주 가장 먼 곳의 극한 환경에 대한 이야기를 전해줄 수 있을 것입니다. 실비아 브라보 갈라트가 남극의 아이스큐브 망원경으로 어떻게 그 일이 가능한지에 대해서 자세히 소개합니다.

Lesson by Sílvia Bravo Gallart, animation by Steff Lee.

그것들은 어디에나 있지만,
여러분은 절대 볼 수 없습니다.

그것들은 수 조에 달하는 엄청난 양으로
여러분에게 순식간에 날아 들어오지만

그것들을 느끼지 못하죠.

이 유령같은 입자를 '중성미자'라고 하며,
그걸 잡아낼 수만 있다면

그것들은 우주의 가장 먼 곳,

가장 극한 환경에 대해
우리에게 알려줄 것입니다.

중성미자는 소립자입니다.

즉, 그들이 원자처럼 다른 입자로
나누어질 수 없음을 의미하죠.

소립자는 우주의 모든 것을 이루는
구성요소들 중에서

가장 작은 것으로 알려져 있습니다.

그리고 중성미자는 그 중에서도
가장 작은 것입니다.

전자보다 백만 배 작고,

중성미자들은 물질을 쉽게 통과하며,
자기장의 영향도 받지 않습니다.

사실 그들은 어떤 것과도
거의 상호작용을 하지 않죠.

즉, 그들은 우주 속을 직선으로
여행할 수 있음을 의미합니다.

수 백만년 또는 수십억년 동안

그것들이 출발한 곳의 정보가
안전하게 운반되어 옵니다.

그렇다면 그것들은 어디에서 셩겨날까요?

곳곳 어디에서나 생겨납니다.

여러분의 몸속에서 칼륨이
방사성 붕괴할 때도 만들어지죠.

우주선이 지구 대기의 원자와 충돌할 때

소나기처럼 만들어지기도 합니다.

그들은 태양 내부의 핵반응으로부터
만들어지기도 하고,

지구 내부의 방사성 붕괴를
통해서도 만들어지죠.

그리고 우리는 그것들을 핵원자로와

입자가속기로 만들어낼 수도 있습니다.

그러나 고에너지 중성미자는
우리가 거의 알지 못하는

먼 우주에서 탄생합니다.

그 곳에는 어쩌면 거대 질량의
블랙홀이 있을 지도 모르고,

우리가 아직 발견하지 못한
우주 발전기들이 존재해서

인간이 만든 그 어떤 입자가속기보다

수 백만배 이상의 에너지를 갖는
우주선을 방출하고 있을 겁니다.

그 우주선은 대부분 양성자이고,

그 주변 물질이나 방사선과
격렬한 상호작용을 일으켜

고에너지 중성미자를 방출하죠.

그 입자들은 마치 우주
빵부스러기처럼 사방으로 흩어져서

그것들이 시작된 위치와

우주에서 가장 강력한 우주엔진의
내부를 우리에게 알려줄 수 있습니다.

우리가 그 입자를
잡아낼 수만 있다면 말이죠.

중성미자가 다른 물질과
제한적으로 상호작용하는 특징은

뛰어난 전달자로 만들기도 하지만,

감지해내기도 극히 어렵게 합니다.

감지해내는 유일한 방법은 그 경로에
거대한 순수 투명물질을 두고

원자핵과 충돌할 때

중성미자 스스로 드러나기를
기다리는 것입니다.

그것이 바로 남극에 위치한
세계에서 가장 큰 중성미자 망원경인

'아이스큐브'가 하는 일입니다.

이 망원경은 1입방 킬로미터의
얼음으로 구성되어 있고,

그 얼음은 수 천년 동안

쌓인 얼음과 눈의 압력으로 정제되어

지구상에서 가장 깨끗한
고체가 된 것입니다.

5천개 이상의 탐지기를 가진
시추공을 통해서

아이스큐브를 통과하는 중성미자 대부분은
그 흔적을 거의 남기지 않습니다.

그러나 1년에 약 10번 정도

고에너지 중성미자 하나가
얼음 분자와 충돌하여

빛 보다 빠른 속도로 얼음을 통과하는

전하를 띄는 아원자 입자의
불꽃을 방출합니다.

제트기가 음속을 넘어설 때
충격파음이 만들어지는 것과

비슷한 원리죠.

이 초광속의 하전입자는
영상학적 충격파라 할 수 있는

원뿔형의 푸른 빛을 남기고,

그 빛이 아이스큐브 속에서 확산되어

표면 아래 1.6km 이상 깊이에 설치된
감지기에 도달하게 됩니다.

그러면 광전자 증폭관을 통해

그 하전 입자의 경로와 에너지 정보가 담긴
반응신호를 증폭시키죠.

그 데이터는 전세계의
천체물리학자들에게 전송되고,

그 빛의 패턴을 분석하여

중성미자 생성에 관한
단서를 찾습니다.

이런 엄청난 에너지의 충돌은
매우 드물게 일어나서

아이스큐브의 과학자들은
각각의 중성미자에

빅버드나 괴짜돼지박사 같은
별명을 붙였습니다.

이미 아이스큐브는 지금까지 본 중

가장 높은 에너지의
우주 중성미자를 관찰했습니다. .

언젠가는 그 중성미자들이
우주선이 어디에서 왔으며

어떻게 그 극단적인 에너지 상태가
되었는지를 우리에게 알려 주겠죠.

적외선부터 X선, 감마선에
이르는 빛을 통해서

더욱 더 역동적이고

늘 놀라운 우주의 모습을 보게 됩니다.

지금 우리는 중성미자
천문학 시대의 여명기에 있고,

아이스큐브나 다른 중성미자 망원경들이

우주의 가장 격렬하고
가장 역동적인 현상에 대해서

무엇을 밝혀낼지는 아직 알 수 없습니다.