우주에서 가장 이상한 입자

Aug 28, 2023

중성미자는 기괴하고 어디에나 존재하며 물리학의 법칙을 어길 수도 있습니다.

그들은 작고 거의 눈에 띄지 않습니다. 그리고 지금 당장 여러분을 통과하는 것은 500조 개입니다. 중성미자는 자연에서 가장 풍부하면서도 신비로운 창조물 중 하나입니다. 과학 작가 James Riordon은 최근 중성미자에 대해 알려진 것과 알려지지 않은 것을 나열하기 시작했으며 두 번째 열이 더 길다는 것을 발견했습니다. "나에게 가장 흥미로운 점은 우리가 그들에 대해 놀랍게도 거의 아는 바가 없다는 점입니다."라고 그는 말합니다. "이것들은 확실히 여기에 있고 확실히 신비스럽습니다. 흥미로운 과학은 이러한 질문에 답하는 데 있습니다."

새 책 Ghost Particle: In Search of the Elusive and Mysterious Neutrino(MIT Press, 2023)에서 Riordon과 그의 공동 저자인 물리학자 Alan Chodos는 놀라운 입자가 어떻게 처음 제안되고 발견되었는지, 그리고 과학자들이 그렇게 알아낸 내용을 기록합니다. 더 나아가 그들이 결국 이해하고 싶어하는 모든 것. 많은 기이함으로 인해 중성미자는 우리의 가장 큰 질문 중 일부에 답할 수 있는 유망한 도관처럼 보입니다. 우주는 왜 반물질이 아닌 물질로 구성되어 있습니까? 암흑 물질이란 무엇입니까? 그리고 빛보다 빠르게 이동할 수 있는 것이 있을까요?

Scientific American은 Riordon에게 이러한 기이한 자연이 왜 그렇게 멋진지, 그리고 그의 가족 역사가 중성미자 이야기에 어떻게 들어맞는지에 대해 이야기했습니다.

[인터뷰의 편집된 내용은 다음과 같습니다.]

그래서 당신은 실제로 중성미자와 개인적인 관계를 가지고 있습니다. 그것은 무엇입니까?

저는 중성미자 공동 발견자 중 한 명인 클라이드 코완 2세(Clyde Cowan, Jr.)의 손자입니다. 하지만 그는 제가 9살 때 세상을 떠났습니다. 우리 가족에게는 항상 그에 대한 신화가 있었지만 그가 무슨 일을 했는지는 확실하지 않았습니다. 대학에서 물리학을 공부하기 전까지는 이해할 수 없었던 일이었습니다. 과학 작가가 되면서 흥미로운 중성미자 결과가 나오는 것을 보기 시작하면서 관심이 더욱 커졌습니다.

MIT Press에 책 집필에 관해 이야기를 나눴는데 그들은 관심이 있었지만 나와 함께 집필하는 해당 분야의 전문가가 있는지 확인하고 싶어했습니다. 고정관념에서 벗어나 생각하는 이론가 앨런 초도스(Alan Chodos)가 생각났습니다. 그는 약간 가장자리에 있는 중성미자에 대한 몇 가지 흥미로운 추측을 썼습니다.

중성미자가 제기하는 수많은 질문 중 가장 흥미로운 것은 무엇입니까?

내가 가장 좋아하는 미스터리는 그것이 자신의 반입자인지 아닌지를 결정하는 것입니다. 나에게는 이것이 중성미자에 관한 가장 크고 극적인 질문이라고 생각합니다. 그것은 우주의 기원에 관한 정말 큰 질문을 다루고 있습니다.

만약 중성미자가 자신의 반입자로 밝혀진다면 우주가 반물질이 아닌 대부분 물질로 이루어진 이유를 이해할 수 있을 것입니다. 우리는 우주가 처음 시작되었을 때 물질과 반물질이 완벽한 균형을 이루어야 했다는 것을 알고 있습니다. 우주의 모든 물질과 반물질이 소멸되었다면 아무 물질도 남지 않았을 것입니다. 그래서 불균형은 어딘가에 도착해야 했고, 중성미자는 불균형의 원인에 대한 단서가 될 수 있었습니다.

당신은 "중성미자라는 개념 자체가 끔찍한 일이었다고 생각한 최초의 사람의 말에 따르면"이라고 썼습니다. 볼프강 파울리(Wolfgang Pauli)는 특정 유형의 입자 붕괴에서 에너지와 운동량이 누락되는 것처럼 보이는 이유를 설명하기 위해 1930년에 중성미자를 제안했습니다. 중성미자 용액이 그토록 끔찍한 이유는 무엇입니까?

거의 손재주처럼 보였습니다. 그들은 베타붕괴, 즉 뭔가 빠진 것처럼 보이는 핵반응에 문제가 있었습니다. 그래서 앉아서 "무엇이 빠졌나요? 빠진 것들을 모두 긁어 모아서 새로운 입자로 만들자"라고 질문에 대답하는 것은 "그저 그런 이야기"처럼 느껴집니다. 그게 얼룩이라고요? 어떤 고대 신이 그에게 진흙을 던졌거든요." 물론이죠, 답변입니다. 하지만 확인할 수는 없습니다. 문제는 해결되지만 불만족스럽습니다.

Pauli는 그와 다른 물리학자들이 중성미자가 전혀 감지되지 않을 것이라고 생각했기 때문에 답을 확인할 수 없다고 생각했습니다. 그러나 우리는 이제 세 가지 다른 유형을 보았습니다. 그리고 더 많은 것이 있을 가능성이 있나요?