태양의 주 핵반응에서 발견된 뉴트리노

       

태양의 주 핵반응에서 발견된 뉴트리노  뉴트리노 / 과학  2014/08/30 09:00 http://blog.naver.com/hansyoo/220106566973 전용뷰어 보기 태양의 주 핵반응에서 발견된 뉴트리노 Aug 27, 2014, Ken Croswell, physicsworld.com 태양 물리학자들의 위안: 보렉시노(Borexino) 검출기가 이론을 뒷받침하다. 2007년 보렉시노 검출기는 초고순도의 물로 채워졌다. 사진은 구형의 얇은 나일론 "내부 용기"(직경 8.5m)가 외부의 나일론 용기와 약 2,000개의 광증배관(photomultiplier tubes)에 둘러싸여 있는 모습을 보여준다. 나중에 물은 유기액체 발광물질(scintillator)로 대체되었다. (Courtesy: Borexino Collaboration) ​    이탈리아 보렉시노 실험에서 연구하고 있는 물리학자들은 태양의 주 핵반응에서 나온 뉴트리노를 성공적으로 검출했다. 이론적 예측과 함께 발견된 뉴트리노 수는 과학자들이 태양 내부에서 어떤 일이 진행되고 있는가를 제대로 이해하고 있음을 보여주었다.    이번 실험에 참가하지는 않았지만 캘리포니아 대학 버클리 캠퍼스의 태양-뉴트리노 전문가 윅 핵스톤(Wick Haxton)은 이번 결과가 굉장한 것이라고 말했다. 정말 오랜만에 나온 결과라고 한다.    매 초 태양은 6억 톤의 수소를 헬륨으로 변환시키는데, 생성되는 에너지의 99%는 이른바 양성자-양성자 반응에서 나온다. 그리고 99.76%의 반응에서는 양성자 2개가 대단히 가까워지면서 중수소(deuterium, 혹은 hydrogen-2)가 형성되는데, 이 과정에서 양성자 하나는 그대로 남고 또 하나의 양성자는 양전자(positron)와 저에너지 뉴트리노를 방출하면서 중성자가 된다. 그리고 지금 물리학자들이 발견한 것이 이때 나오는 뉴트리노였다. 이 반응이 일어나면, 두 가지가 추가로 신속하게 뒤따라 진행된다. 즉, 양성자 하나가 새로이 생겨난 중수소를 헬륨-3로 변환시키고, 헬륨-3는 대부분의 경우 또 하나의 헬륨-3 핵과 합쳐지면서 헬륨-4와 2개의 양성자를 내놓는다.     예상치 못한 측정    뉴트리노는 보통 물질을 그대로 통과하기 때문에 검출이 대단히 어렵다. 그리고 태양의 위와 같은 반응에서 나오는 뉴트리노는 특히 더 어려운데, 이유는 에너지가 낮기 때문이다. 보렉시노 실험에 참가한 매사추세츠 대학 애머스트(Amherst) 캠퍼스의 물리학자 안드레아 포카(Andrea Pocar)는 이번 측정을 예상하지 않았다고 말한다.    보렉시노 검출기는 벤젠 같은 액체가 담겨진 커다란 구형 용기로 그란사소 국립연구소가 있는 산 밑 깊숙이 위치하고 있다. 우주선(cosmic rays)으로부터 차폐하기 위한 것이다. 종종 뉴트리노는 액체 속 전자와 충돌하고 튀어나오는 전자가 자외선 영역의 섬광을 내는데 그것이 검출되는 것이다.    포카는 이번 실험의 주된 어려움은 검출기 액체 자체에 있었다고 말했다. 검출기 용액에는 탄소가 있고 이 탄소 중의 일부는 C-14 동위원소이며 전자를 방출한다. 이 문제를 최소화하기 우하여 과학자들은 대부분의 골칫덩이 탄소 동위원소가 이미 붕괴된 고대의 석유(petroleum)로부터 용액을 추출한다.     터무니 없는 제안들    캘리포니아 대학 산타크루즈 캠퍼스 천문학자 스탠 우슬리(Stan Woosley)가 예전을 회상한다. 어째서 뉴트리노가 예상과 다른지 알아내기 위한 온갖 종류의 필사적인 노력이 계속되었다고 말한다. 태양 중심부에 블랙홀이 하나 있다는 제안도 있었다. 그리고 천체의 항성들을 연구하는 천문학자들은 조롱거리였다. 우리가 살고 있는 태양계도 제대로 모르면서 어떤 말을 믿을 수 있겠냐는 논리다. 보렉시노 실험에 참가하지는 않았지만 우슬리는 이번 결과에 정말로 흐뭇해한다.    보렉시노 실험 결과가 태양 물리학자들에게 위안을 가져다주긴 하지만, 그러나 새로운 논란도 불거져 나왔다. 10년 전 일부 천문학자들은 태양에 생각보다 훨씬 적은 탄소와 질소, 그리고 산소가 있다고 주장했다. 다행스럽게도 태양 에너지의 1%는 양성자-양성자 반응 대신 CNO 사이클로부터 나온다. CNO 사이클에서는 탄소와 질소, 그리고 산소가 수소-헬륨 반응의 촉매 역할을 한다. 그리고 이들 반응에서도 뉴트리노가 나온다. 그리고 태양에 탄소, 질소, 그리고 산소가 더 많을수록 이들 뉴트리노가 더 많아야 한다.     그러나 CNO 뉴트리노는 너무 드물기 때문에 아무도 발견하지 못했다. 보렉시노에서는 검출에 성공할까? 물리학자 안드레아 포카(Andrea Pocar)는 성공 가능성이 반반이라고 말한다. 이번 결과는 저널 네이처에 발표되었다.   [출처] 태양의 주 핵반응에서 발견된 뉴트리노|작성자 HANS - 네이버 블로그 <Physics of Dream>  hansyoo 님의 글 중에서 전재..