중성미자 "빛보다 빠르지 않다"

 

#중성미자

#페르미온입자

#암흑물질후보

 

저는 과학에 전혀 문외한인데요.

 

하지만, 과학에 관하여 궁금한 것은 몹시 많습니다.

그런데, 막상 들으면 무슨 소린지 모르는데요.

 

그래도 듣습니다.

왜냐하면, 아인슈타인의 양자역학 기타등등 을 알아가다보면, 이상하게 마음 공부와도 일맥상통하더라구요.

 

한때, 중성미자가 빛보다 빠르다고 해서 이슈가 됐었는데요.

그런데 그 실험 중 오류가 있었답니다.

 

그래서 중성미자는 빛보다 빠르지 않은 것으로 결론 내렸다고 합니다.

 

하마터면, 아인슈타인의 상대성 이론이 엎어질뻔 했었네요?

 

오늘은 그 중성미자에 대한 포스팅을 해보려고 합니다.

 

저는 기본지식이 없으므로 유투브에서 좀 빌려왔답니다.

 

이 유투버분은 난해한 과학이야기를 적어도 한국에서는 가장 쉽게 설명하는것 같습니다.

 

 

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<  중성미자란  >

중성미자는 전자와 성질이 비슷하지만, 전하량이 없는 입자입니다.

 

페르미온 입자중에 전하량이 없는 입자들은 오로지 중성미자들 뿐입니다.

중성미자의 정체는 무엇일까요?

 

그것은 중성미자라는 이름에 그 힌트가 있습니다.

 

에너지보존법칙, 질량보존법칙, 이 둘중에 여러분은 무엇이 맞다고 생각하시나요?

 

화학공부를 할때 질량보존의 법칙이 나오는데, 화학반응에 국한시켜서 생각하면 질량보존의 법칙도 맞지만, 물리학 전반으로 따져보자면, 엄밀히 질량보존은 되지않는 경우가 많습니다.

 

예를 들어 태양의 핵융합과정에서 질량은 에너지 형태로 사라지기 때문입니다.

 

핵융합이나 베타붕괴에서 양성자가 중성자로 변하는 그 과정속에서 질량이 사라지기 때문입니다.

이것을 질량결손이라고 합니다.

 

중성미자는 이론적으로 먼저 예측이 되어 있었습니다.

 

태양의 핵융합반응중에 수소원자(양성자) 2개가 만나, 핵융합하는 과정에서 양성자와 중성자 한쌍으로 변하게 됩니다.

 

하지만, 중성자가 양성자보다 질량이 작고 따라서 양성자가 중성자로 변하는 과정에서 무언가의 형태로 질량이 사라진다고 추측을 했고, 이것을 중성미자라고 부르게 됐습니다.

 

그리고 나중에 실험을 통해서 중성미자 검출에 성공하게 되었는데요.

 

그런데, 문제는 중성미자는 전하량이 없다는 것입니다.

 

페르미온 입자인데도 불구하고 중성미자는 전하량이 없습니다.

 

이것이 의미하는 것은 중성미자는 우리 몸을 그냥, 통과해서 지나갈수도 있다는 것입니다.

 

심지어는 지구도 그냥 통과해서 지나 갈수 있다는겁니다.

 

쉽게 설명하자면, 우주의 모든 물질은 우주의 4대 힘을 통해 상호작용합니다.

 

그 중에 우리와 가장 친숙한 힘은 중력과 전자기력인데, 예를 들어 손에 물체를 들고 있을때, 물체가 손을 뚫고 아래로 안떨어지는 이유는 그 손이 막고 있어서가 아닙니다.

 

모든 물질은 당연히, 거의 100% 빈공간으로 이루어져 있기 때문에, 물체가 손을 뚫고서 지나가야 맞습니다.

 

하지만, 원자끝에 있는 전자는 전하량을 가지고 있어서 자석이 같은 극끼리 밀어내는 것처럼, 이런 전자기력이 서로 밀어내기 때문에 물체는 손을 뚫고 지나가지를 못하는 겁니다.

 

 

페르미온 입자중에서 중성미자를 제외한 쿼크들은 모두다 전하량을 가지고 있고, 우리가 말하는 원자는 모두 페르미온 입자들로 구성이 되기 때문에, 전자기력이 서로 밀어내게 됩니다.

 

그래서, 우리 인간은 벽을 뚫고 지나갈수가 없는 것인데요.

 

그런데, 중성미자는 전하량이 없기때문에 우리 몸과 벽과 지구를 모두 뚫고 지나 갈수가 있는 것이지요.

 

결국, 전자기력을 통해 상호작용을 하지 않는다는 것입니다.

 

그래서 이런 전자기력을 통해 상호작용하지 않는 중성미자는 그 어떤 검출기라도 다 뚫고 지나갈텐데, 어떻게 관측을 할수 있을까요?

 

그것은 중성미자가 전자기력과 상호작용을 하지는 않지만, 질량이 있기때문에 중력과도 상호작용을 하고 약한 핵력과도 상호작용을 하기 때문입니다.

 

그러니까, 원자가 거의 100%빈공간이긴 한데 핵력으로 상호작용을 한다면, 날아가다가 소립자들과 부딪칠수도 있습니다.

 

물론 소립자들 크기가 너무나도 작아서 그런 일은 거의 일어나지 않지만, 무수히 많은 중성미자가 계속 지구를 통과해서 지나가다 보면 그 중 일부는 무언가와 부딪칠수도 있는 것이지요.

 

그래서 중성미자 검출은 그런 충돌이 일어날 가능성이 높은 지하 깊은 곳에 위치에서 하게 되는데, 거기서 가장 큰 활약을 하는 것은 아이스 큐브입니다.

 

남극에 있는 아이스 큐브 관측기지는 2010년에 태양계밖에서 날아온 중성미자를 포착했었습니다.

 

연구진에 의하면 이런 중성미자들이 생성된 근원이 초거대 질량 블랙홀인것으로 추측하고 있지만, 아직 확실한 증거까진 나오지 않았는데요.

 

사실 중성미자는 우리주변에 항상 있습니다.

 

빛보단 빠르지는 않지만 지금도 무수히 많은 중성미자가 우리들의 몸을 거의 빛의 속도로 관통하고 있고, 우리 뿐만 아니라, 지구나 태양까지도 관통해서 지나가고 있습니다.

 

중성미자의 질량은 정확하지는 않지만 질량이 0에 한없이 가깝긴 해도 0은 아니라는 것인데요.

 

결국, 이 이야기는 중성미자들이 비록 질량이 매우 작긴하지만 있기는 있다는 얘기지요.

 

그래서 많이 모이면, 중력을 행사한다는 것이고, 결국 중성미자는 암흑물질과 밀접한 관련이 있을것으로 보입니다.

 

실제로 이렇게 약한 상호작용을 하는 입자들을 암흑물질의 후보에 올려두고 있긴 한데, 만약 암흑물질이 중력으로만 상호작용을 하고 다른 힘들과는 전혀 상호작용을 하질 않는다면, 우리는 절대로 암흑물질을 관측할수 없겠지요?

 

여기까지입니다.

 

중성미자는 0에 가깝긴 하지만 질량은 있는데, 전하량이 없으므로 물체들을 막 통과한다네요?

 

유령인가요?

영혼인가요?

 

과학자들이 좀더 분발해서 영혼의 존재도 밝혀줬으면 좋겠습니다.

 

아인슈타인의 상대성이론이 깨지는 그 날까지, 이 글 읽으시는 모든 분들 건강하시고 행복하세요.

 

감사합니다.

사랑합니다.