영국, 중성미자 비밀 규명을 위한 국제 연구에서 검출기 제작 절반가량 완료

ㅇ DUNE, 국제 중성미자 실험 핵심 검출 센서

- 영국 연구진은 미국에서 추진 중인 국제 공동연구 프로젝트 DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment)에 사용될 대형 중성미자 검출 센서 137개 중 절반을 제작하며 주요 개발 단계에 도달함

- DUNE은 미국 내 1,300km 구간에 중성미자를 보내 그 특성을 분석함으로써 우주에 반물질보다 물질이 훨씬 많이 존재하는 이유 등 우주의 근본적인 수수께끼를 규명하는 것을 목표로 함

ㅇ 영국 전역이 참여하는 검출기 제작

- 양극판 조립체(APA)는 중성미자가 액체 아르곤과 상호 작용할 때 발생하는 미세한 전기 신호를 감지하는 DUNE의 핵심 검출 장치임

- 영국 과학기술시설위원회(STFC) 산하 데어스버리 연구소가 제작을 담당하며, 랭커스터대·리버풀대·임페리얼 칼리지 런던 등 6개 대학이 부품 공급과 품질보증, 연구를 지원함

- 영국의 14개 대학과 2개 국립 연구소로 구성된 DUNE-UK 협력체는 검출기뿐 아니라 소프트웨어·컴퓨팅·입자가속기 기반 시설 개발에도 참여하고 있음

ㅇ 영국의 대표적인 검출기 제작 사업

- DUNE은 미국 페르미국립가속기연구소에서 생성한 중성미자 빔을 1,300km 떨어진 샌퍼드 지하연구시설까지 보내 분석하는 대규모 입자물리학 실험임

- 영국은 중성미자 신호를 감지하는 원거리 검출기 1의 핵심 장치인 양극판 조립체(APA) 총 150개 중 137개를 제작하는 주요 역할을 담당함

ㅇ 고도의 정밀공학 기술

- 각 APA는 높이 약 6.3m, 너비 2.3m의 대형 정밀 장치로, 약 24km 길이의 구리-베릴륨 합금 와이어가 설치됨

- 이 와이어는 중성미자가 액체 아르곤과 상호작용할 때 발생하는 전기 신호를 감지해 연구진이 중성미자의 특성을 분석할 수 있도록 함

- 완성된 APA는 미국 샌퍼드 지하 연구시설의 지하 약 1.6km 깊이에 설치되며, DUNE 검출기에는 수만 톤의 액체 아르곤이 사용될 예정임

ㅇ 물리학의 근본적인 질문에 대한 해답 탐색

- 중성미자는 우주에서 가장 풍부한 입자 중 하나지만 물질과 거의 상호작용하지 않아 검출이 어려움

- DUNE은 중성미자와 반중성미자의 이동 과정에서 나타나는 차이를 분석해 우주에서 물질이 반물질보다 우세한 이유와 중성미자의 특성 및 변화, 초신성 폭발에서 생성되는 중성미자 등을 연구할 예정임

- 이를 위해 검출기를 지하 깊은 곳에 설치해 우주선과 배경 방사선의 간섭을 최소화할 계획임

ㅇ 새로운 발견을 향한 다음 단계

- DUNE 국제협력체의 데이브 뉴볼드 공동대변인은 영국 연구진이 양극판 조립체(APA) 제작 공정의 절반을 완료한 것이 실험의 핵심적인 진전이라고 평가함

- APA의 수천 개 와이어는 중성미자 상호작용으로 생성된 입자의 위치와 움직임을 재구성하는 데 활용됨

- 현재까지 완성된 APA 8개가 미국 페르미국립가속기연구소에 도착했으며, 사우스다코타주 지하 검출기에 설치되기 전 최종 시험을 거칠 예정임

ㅇ 중성미자의 수수께끼 규명

- 영국 연구진은 DUNE에 공급할 APA 137개 중 절반을 완성했으며, 나머지는 2029년 5월까지 제작을 마칠 계획임

- 완성된 장치들은 2029년 11월부터 미국 사우스다코타주로 운송·설치될 예정임

- 연구진은 이번 성과가 우주의 물질·반물질 비대칭과 중성미자의 특성, 초신성에서 발생하는 중성미자 등 기초 물리학의 핵심 의문을 규명하기 위한 중요한 진전이라고 평가함

Source: UKRI