빛보다 빠른 입자를 찾는 방법

 

 

 

      빛보다 빠른 입자를 찾는 방법 뉴트리노 / 과학

2014.12.29. 13:34

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빛보다 빠른 입자를 찾는 방법

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December 27, 2014, by Stephen Luntz, IFLSCIENCE

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Photo credit:  Sumanch via wikimedia commons. 빛보다 속도가 빠른 입자가 다가오는 것을 볼 수는 없지만, 그러나 멀어지는 것을 볼 수는 있다.

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   새로운 논문에 따르면 뉴트리노는 빛보다 빠르다는 것 이외에도 허수(imaginary)의 질량 특성을 갖는다고 한다. 허수의 질량을 가지면 에너지를 잃을 때 속도가 빨라진다.
최근 은퇴한 조지 메이슨 대학의 로버트 얼리크(Rober Ehrlich) 교수는 서로 다른 물리학 영역의 6가지 서로 다른 측정으로 이것을 증명할 수 있다고 한다. 그는 천체입자물리학 저널 ‘Astroparticle Physics’에서 서로 다른 이 6가지 측정 결과가 뉴트리노의 허수 질량을 의미할 뿐만 아니라, 그 값도 같은 수치를 향하고 있어서 측정 에러의 가능성이 없다고 한다.

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   일반인들에게는 허수 질량이란 말이 생소하겠지만, 이론물리학자들에게는 한동안 반짝하는 개념이었다. 허수는 음수의 제곱근, 즉 제곱하면 음수가 되는 수를 의미하는데 물리학에서는 귀중한 도구가 된다. 허수 질량을 제곱하면 음수의 질량이 된다.
아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면 질량 m에 대해서 m**2=mrest**2/(1-(v/c)**2) 관계가 성립한다. m은 질량이고, mrest는 정지 질량이며, v는 (상대)속도, 그리고 c는 빛의 속도다.

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   빛보다 속도가 빠를 수 없다는 결론은 위의 식에서 나온다. 빛의 속도에 접근하면 질량이 무한대가 되는 것이다. 따라서 누군가 빛보다 느린 속도에서 빛의 속도를 거치지 않고(즉, 질량이 무한대가 되지 않고) 빛보다 빠른 속도에 도달하는 방법을 찾지 못한다면 영영 우리는 빛보다 느린 상태로 우주를 탐험해야 할 것이다.

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   1962년 조지 수다샨(George Sudarshan)은 특수 상대성 이론으로부터 원래부터 빛보다 빠른 입자가 있다면 그런 입자들은 항상 빛보다 빠른 속도로 움직일 수 있다고 지적한다. 이런 물체들을 타키온이라고 하는데 광속이 속도의 하한선이지 상한선이 아니다.

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   그렇다면 의문점이 하나 제기된다. 만일 타키온이 존재한다면, 그것을 탐지할 수 있을까 하는 점이다. 1965년 뉴트리노가 실질적으로 타키온이라는 주장이 제기되었는데, 대부분의 물리학자들은 별 관심을 보이지 않았으며, 대신 뉴트리노의 질량은 얼마인지, 그리고 속도가 빛보다 느린지, 아니면 질량은 없고 빛의 속도로 움직이는지 하는 문제로 돌아갔다. 그 뒤 타키온 이야기는 몇 번 수면 위로 떠올랐는데, 특히 나중에 측정 에러로 밝혀졌지만 제네바에서 이탈리아 중부 그란 사소까지 뉴트리노가 빛보다 빠르게 이동했다는 이야기가 나올 때 그랬다.

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   얼리크 교수는 우주배경복사 요동(Cosmic Microwave Background fluctuations)와 중력 렌즈, 우주선 스펙트럼, 뉴트리노 진동, 그리고 이중 베타 붕괴에서 나온 결과를 이용한다. 이들로부터 그는 허수 상태의 질량뿐 아니라 그 질량의 크기가 전자의 백만분의 일(아래 식 참조)이라는 결론에 도달했는데, 이는 뉴트리노의 속도가 빛보다 약간 빠르다는 점과도 일치한다.

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뉴트리노의 질량.

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   게다가 얼리크 교수는 자신이 주장하는 결과에 명확히 반하는 관측 결과도 없다고 덧붙인다. 아울러 그는 자신의 결론을 입증할 수도 있고 반증할 수 있는 2015년에 진행될 예정인 3가지 추가적인 테스트도 제시한다.

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[출처] 빛보다 빠른 입자를 찾는 방법|작성자 HANS

- 네이버 블로그 <Physics of Dream>  hansyoo 님의 글 중에서 전재.....

 - 네이버 블로그 <Physics of Dream>  hansyoo 님의 글 중에서 전재.....

 - 네이버 블로그 <Physics of Dream>  hansyoo 님의 글 중에서 전재.....

[출처] 태양의 주 핵반응에서 발견된 뉴트리노|작성자 HANS