일본산업뉴스요약

노벨상의 계보를 잇는 실험시설
뉴트리노의 관측 빈도 8배로

하이퍼 카미오칸데(Hyper-Kamiokande)는 노벨상 수상으로 이어지는 연구 성과를 낸 실험 시설 ‘카미오칸데’와 ‘슈퍼 카미오칸데’의 후계시설이다. 관측 성능이 비약적으로 높아져 세계의 뉴트리노 연구를 주도하는 무대가 될 것 같다.

‘하이퍼 카미오칸데 계획’은 22개국, 640여 명의 연구자가 참여하는 국제공동연구 프로젝트다. 핵심 기관은 도쿄대와 고에너지가속기연구기구(KEK)로, 시설 정비에는 국가 예산 등에서 약 649억 엔을 투입한다. 2028년에 실험 개시 예정이다.

하이퍼 카미오칸데는 기후현 히다시 가미오카초에 있는 광산의 지하 깊은 곳에 만들어진다. 약 26만 톤의 저수가 가능한 대수조에, 약 2만개의 초고감도 광센서를 설치한다.

계획의 주목적은 우주에서 날아오는 소립자 ‘뉴트리노’를 관측하는 것이다. 뉴트리노는 물질의 최소 단위인 소립자 중 하나다. 우주 탄생 기원의 수수께끼를 해명하는 열쇠를 쥐고 있다고 한다. 다만 다른 물질과 거의 반응하지 않아 관측이 매우 어렵다. 물질을 쉽게 빠져나가기 때문에 '유령입자'라고도 불린다.

매우 드물지만, 뉴트리노는 물과 충돌했을 때 ‘체렌코프광(Cherenkov radiation)’이라고 하는 희미한 빛을 낸다. 전자 등을 튕겨내며, 그로 인해 생성된 하전입자가 발하는 빛을 센서로 포착함으로써 뉴트리노를 관측할 수 있다. 수조를 지하에 설치하는 것은 관측에 방해가 되는 우주선을 피하기 위해서다.

-- 뉴트리노를 하루 240회 관측 --
초대 카미오칸데는 1983년에 건설되었다. 하이퍼 카미오칸데와 마찬가지로 기후현 가미오카초(현재의 히다시 가미오카초)의 광산 산속에 직경 19m, 높이 16m의 수조를 설치. 약 1000톤의 순수한 물과 948개의 센서로 관측을 시작했다. 1987년에는 세계 최초로 초신성 폭발에서 방출된 뉴트리노를 포착하는 데 성공했다. 이 업적으로 고(故) 고시바 마사토시(小柴昌俊) 씨가 2002년에 노벨 물리학상을 수상했다.

2대째에 해당하는 ‘슈퍼 카미오칸데’는 1996년에 완성했다. 직경 39m, 높이 42m의 수조에 약 1만 1000개의 센서를 설치. 관측에 약 2만 2500톤의 순수한 물을 사용한다. 도쿄대학의 가지타 다카아키(梶田隆章) 탁월교수는 이 시설에서 뉴트리노에는 질량이 있음을 증명해 2015년 노벨 물리학상을 수상했다.

그리고 슈퍼 카미오칸데의 뒤를 잇는 것이 하이퍼 카미오칸데다. 뉴트리노의 관측에 사용하는 순수한 물을, 슈퍼 카미오칸데의 약 8배에 해당하는 약 19만톤을 준비할 수 있기 때문에 지금까지와 비교해 고빈도로 관측할 수 있게 된다.

도쿄대 우주선연구소 가미오카우주소립자연구시설장인 시오자와(塩澤) 교수는 “슈퍼 카미오칸데에서는 하루 30회 정도였던 뉴트리노 관측이 하이퍼 카미오칸데에서는 8배에 해당하는 하루 240회 빈도로 관측할 수 있게 될 것이다”라고 말한다. 약 8년 동안의 관측을 1년에 할 수 있게 되는 계산이다.

게다가 KEK와 일본원자력연구개발기구가 운영하는 이바라키현 도카이무라의 ‘J-PARC(고강도 양성자 가속기 시설)’로부터 뉴트리노를 보내, 보다 상세한 실험을 실시할 계획도 추진중이다. 하이퍼 카미오칸데 건설과 함께 J-PARC의 성능도 높인다.

시오자와 교수는 “하이퍼 카미오칸데에서 세계의 뉴트리노 연구를 선도하고 싶다. 나 자신도 놀랄 만한, 소립자에 대한 이해를 바꿀 결과를 내겠다”라고 결의를 보인다.

 -- 끝 --
 

Copyright © 2025 [Nikkei XTECH] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.