빛보다 빠른 중성미자 운동 관측

 

빛보다 빠른 중성미자 운동 관측 조호진 기자 superstory@chosun.com 기자의 다른 기사보기   ▲ 출처=유럽입자물리연구소(CERN) 홈페이지 캡처     유럽입자물리연구소(CERN)가 "빛보다 빠른 입자를 발견했다"고 밝혀, 과학계를 충격에 빠트렸다. 지난 100년간 현대물리학을 떠받치던 아인슈타인의 상대성 이론에 따르면 초속 약 30만 킬로미터로 달리는 빛보다 빠른 물질은 존재할 수 없다. CERN의 이번 발표가 맞는다면 아인슈타인의 상대성 이론은 기각된다. CERN의 이번 발표는 마치 N·S 극 외에 다른 극성이 또 있다는 수준의 파격적인 주장이다.   CERN은 지난 22일(현지시각) 빛보다 빠르게 이동하는 소립자 중성미자(뉴트리노)를 발견했다고 밝혔다. 제임스 길리스(Gillies) CERN 대변인은 "이번 발견을 검증하고자 세계 유수의 과학자를 초청했다"며 "관련된 실험 정보를 자세하게 공개해 다른 연구소에서도 동일한 실험을 재현하도록 하겠다"고 말했다. 중성미자는 원자핵을 구성하는 소립자이다.   CERN은 이번 중성미자가 730㎞를 이동하는 데 빛보다 60나노초(1나노초는 10억분의 1초) 적게 걸렸다고 밝혔다. 아인슈타인의 상대성 이론은 움직이는 입자는 이동 속도가 증가하면 질량이 점점 증가하다가 빛의 속도에 도달하면 무한대로 커진다고 예측한다. 따라서 빛의 속도에 따라 이동할 수 있는 입자는 없다. 예외적이며 유일한 입자가 빛이다. 물리학자는 빛을 입자 관점에서 광자(光子·photon)라 부르는데, 광자가 초속 약 30만 킬로미터로 달릴 수 있는 이유는 질량이 없기 때문이다.    중성미자가 빛보다 빨리 달렸다는 이번 CERN의 발표가 맞는다면 현대 물리학은 전면 다시 써야 한다. 약 300년간 뉴턴 역학으로 우주를 설명했던 인류는 지난 100여년간 아인슈타인의 상대성 이론과 양자역학으로 우주를 설명했다. CERN의 발표가 맞는다면 인류는 새로운 물리학을 찾아야 한다.   또한 CERN의 발표가 맞는다면 시간여행이 가능한 ‘타임머신’의 제작 가능성을 제시한 것이어서 과학계는 물론 일반인들도 이번 발표 결과를 주목하고 있다. 아이슈타인의 상대성이론에 따르면 타임머신의 제작은 불가능하다.     빛보다 빠른 물체 발견 소동은 과거에도 있었다. 2007년 미국 시카고에 있는 페르미연구소는 빛보다 빠른 입자를 발견했다고 주장했지만, 측정 실수로 밝혀졌다. 이에 물리학계는 CERN의 발표에 향후 검증을 지켜보자는 분위기다.   드류 바덴 미국 메릴랜드 대학 물리학과 교수는 "CERN의 발표는 구름 위를 나는 카펫처럼 너무 환상적이어서 믿기 어렵다"고 말했다.   이순칠 KAIST 물리학부 교수는 "빛보다 빠른 물질이 있다는 CERN의 발표는 기존 물리학의 근간을 흔드는 것이어서 믿기는 어렵다"며 "하지만 CERN에도 수많은 과학자가 모여 있다는 점을 감안하면 실험 과정의 자세한 결과가 나오기를 기다리겠다"고 밝혔다.         키워드] 중성미자(뉴트리노)｜초신성｜특수상대성 이론｜끈이론｜유럽입자물리연구소

“빛보다 0.00000006초 빨랐다” … 중성미자의 재발견 [중앙일보] CERN·이탈리아 연구팀 발표   빛의 속도가 우주 만물 중에서 가장 빠르다는 아인슈타인의 특수상대성이론이 도전을 받게 됐다. 원자핵이 붕괴할 때 나오는 중성미자(中性微子·neutrino)가 빛보다 빨리 이동한다는 주장이 제기됐기 때문이다.   　스위스 제네바의 유럽입자물리연구소(CERN)와 로마 인근의 그란사소 이탈리아 국립물리실험실 연구팀은 23일(현지시간) CERN에서 지난 3년 동안 진행한 중성미자의 이동 속도 측정 실험 결과를 공개했다.   　‘OPERA(Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus)’로 불리는 이번 실험은 CERN의 입자가속기에서 나온 중성미자의 빔을 땅속을 통해 730㎞ 떨어진 그란사소 실험실로 쏘는 방식으로 진행됐다. 그란사소 실험실 지하 1400m에는 1800t이나 되는 거대한 검출기가 있어 중성미자의 이동 속도를 10나노초(秒·1나노초=10억 분의 1초) 단위로 측정할 수 있다. 중성미자는 전기적으로 중성(中性)을 띠고 있어 다른 소립자들과 거의 반응을 하지 않는다. 질량이 전자의 10만 분의 1 정도로 아주 작아 지구 전체도 진공을 통과하듯이 쉽게 뚫고 지나간다.   　연구팀은 모두 1만6000회를 측정, 중성미자가 땅속으로 730㎞를 이동하는 데 0.00243초 걸리는 것을 확인했다. 이는 같은 거리의 진공 공간을 빛이 이동하는 데 걸리는 시간보다 60나노초가 짧은 것이다. 초당 이동거리로 환산하면 중성미자가 빛보다 1초에 619㎞ 정도 더 빨리 움직인 셈이다. 빛은 진공 상태에서 1초에 29만9792.458㎞를 이동한다.   아인슈타인(1879~1955) 　이번 실험 결과가 사실로 확인될 경우 아인슈타인의 특수상대성이론에 바탕을 둔 4차원 우주 모델도 바뀌어야 하는 만큼 학계에서는 비상한 관심을 갖고 있다. 이탈리아 볼로냐 대학의 안토니오 지치치(이론물리학) 교수는 네이처 매거진과의 인터뷰에서 “빛보다 빨리 이동하는 게 없다는 것이 아인슈타인의 특수상대성이론이고, 이것이 흔들리는 셈”이라며 “끈이론(string theory) 등에서 예측하는 대로 또 다른 차원이 추가된 우주 구조를 생각해야 할 것”이라고 말했다.   　하지만 일부 과학자는 신중한 입장을 보이고 있다. 특히 이번 실험대로라면 과거 지구에서 16만8000광년 떨어진 초신성(1987a)의 폭발 때 중성미자의 파동(펄스)이 먼저 도달하고, 몇 년 뒤 ‘빛(섬광)’이 관측돼야 했으나 실제는 불과 몇 시간 차이에 불과했다는 점을 들어 회의적인 반응을 보이고 있다.   　한편 2007년에도 미국 미네소타주의 한 연구팀이 일리노이의 페르미 연구소에서 보내온 중성미자로부터 유사한 실험 결과를 얻었으나, 검출기 위치 등으로 인해 불확실한 점이 있어 크게 부각시키지 않았다.    강찬수 기자   ◆중성미자(中性微子·neutrino)=원자핵의 중성자가 방사선인 베타(β)선을 내며 붕괴할 때 양성자·전자와 함께 생성되는 소립자다. 1934년 엔리코 페르미가 중성의 작은 입자라는 뜻으로 이 이름을 붙였다. 우주에서 가장 많이 존재하는 입자 다.   ◆특수상대성이론(special theory of relativity)=‘광속(光速·c) 불변의 원리’를 바탕으로 한 아인슈타인의 이론이다. 이 이론에 따르면 에너지(E)가 질량(m)으로 변환될 수도 있는데 이 관계를 나타낸 식이 ‘E=mc2’이다. 물체의 속도가 빨라져 빛의 속도 에 근접하면 질량이 무한정으로 늘어나기 때문에 빛의 속도를 뛰어넘을 수 없다고 이 이론은 설명한다.

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