일본산업뉴스요약

가미오칸데의 3번째 도전
차세대 시설 건설에 시동, 우주의 기원을 모색

▶중성미자(Neutrino): 물질을 구성하는 가장 기본적인 입자인 소립자 가운데 하나이다. 플러스도 마이너스도 아닌 중성(Neutral)인 점에서 중성미자라는 이름이 붙여졌다. 크기는 1,000조분의 1mm 이하로, 질량은 전자의 100만분의 1보다 작다. 질량은 없다고 여겨져 왔지만, 도쿄대학의 가지타(梶田) 교수팀이 질량이 있다는 것을 밝혀냈다.
행성 중심부의 핵융합 반응 및 행성이 다 타버린 다음 일어나는 대폭발 등으로 방출되어 지구로 끝임 없이 내려오고 있다. 우라늄 등에서 일어나는 핵분열 반응에서도 발생, 원자력발전소와 지구 내부에서도 분출되고 있다.

2번의 노벨상이란 성과를 낸 ‘가미오칸데’와 ‘슈퍼카미오칸데’의 차세대 시설 건설을 위한 움직임이 나오고 있다. 도쿄대학 등이 참가한 국제 연구팀이 2019년에 건설 조사를 개시. 약 700억엔을 투입해 2026년 가동을 목표로 한다. 이를 통해 우주의 기원 및 물질의 탄생이라는 근본적 수수께끼에 한발 다가간다. 가동이 실현된다면 일본은 강점을 가진 소립자 물리학에서 세계를 리드할 뿐만 아니라 새로운 노벨상도 기대할 수 있을 것이다.

-- 3번째 노벨상 기대 --
가미오칸데는 소립자 중성미자를 관측하는 시설로, 2002년의 고시바(小柴) 도쿄대학 특별명예교수, 그 후속 시설인 슈퍼카미오칸데는 2015년의 가지타 도쿄대 교수의 노벨 물리상으로 이어졌다. 새롭게 건설되는 ‘하이퍼카미오칸데’도 중성미자 등을 관측한다. 문부과학성은 2019년의 개산(槪算) 요구에 조사비 수 천만엔을 포함시켰다. 이후 건설비도 지원해나갈 방침이다.

하이퍼카미오칸데는 기후(岐阜) 현 히다(飛驒) 시의 지하 650m에 건설된다. 직경 74m, 높이 60m로 20층 높이 건물에 필적한다. 규모는 슈처카미오칸데의 5배 이상, 건설비는 7배이다. 중성미자는 어떠한 물질에도 거의 다 통과하지만, 가끔 수중의 전자 등과 부딪혀 약한 빛을 발한다. 이 빛을 감지하는 하이퍼카미오칸데의 센서부에는 하마마쓰(浜松) 포토닉스 기기가 4만개 사용된다. 설비의 거대화와 센서의 고성능화로 중성미자의 성질을 자세히 조사하는 것이 하이퍼카미오칸데의 목적이다.

소립자물리학은 우주와 물질 탄생의 비밀을 밝히는 학문이다. 소립자 관측은 쉽지 않아 거대한 실험 시설이 곡 필요하다. 예를 들어 모든 입자에 질량을 부여하는 소립자 힉스 입자는 스위스에 있는 거대 시설에서 발견되었다.

우리 주변에는 물질로 가득 차 있지만, 아직까지도 이 물질들이 우주에 존재하게 된 이유는 밝혀지지 않고 있다. 우주 탄생 직후에는 물질 수와, 물질과 충동하면 소멸되는 ‘반물질’ 수가 동일했다라고 추측되고 있다. 하지만 이 추측대로라면 모든 것이 소멸되기 때문에 행성도 생물도 생겨날 수 없다.

이러한 수수께끼의 열쇠를 쥐고 있는 것이 중성미자이다. 중성미자의 영향으로 물질과 반물질의 균형이 무너져 물질만이 남았다라는 설이 유력하다. 하이퍼카미오칸데는 이 가설을 검증한다.

이바라키(茨城) 현 도카이(東海) 촌의 실험시설 ‘J-PARC’에서 물질 타입과 반물질 타입의 중성미자를 인공적으로 만들어 285km 떨어진 하이퍼카미오칸데에 발사. 지중을 통과하는 과정에서 중성미자가 변화하는 양이 물질과 반물질 간에 차이가 있는지를 조사한다. 변화량에 차이가 있다면 물질이 남게 된 이유를 증명할 수 있게 된다.

미국과 영국, 한국, 러시아 등 15개국의 연구자들이 이러한 검증 실험에 참가한다. 문부성과 도쿄대학은 참가국에 건설비 부담을 요구할 방침이다.

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