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전기적으로 중성이며 질량이 거의 없는 중성미자의 파동이 물질의 원자핵과 부딪혀 핵이 밀려나는 현상이 예측된 지 43년 만에 최초로 관측됐다. 중성미자는 물질과 거의 반응하지 않아 ‘유령 입자’라는 별명을 가지고 있다. 비활성 중성미자는 암흑물질의 유력한 후보이기도 하다.

미국, 러시아 등 4개국 80명의 공동연구팀은 중성미자의 ‘결맞음 탄성 중성미자-핵 산란(coherent
elastic neutrino-nucleus scattering)’ 현상을 최초로 관측해 8월 3일 ‘사이언스’에 발표했다.

연구팀은 미국 오크리지 국립연구소의 파쇄 중성자 소스(SNS)를 이용해 중성미자 빔을 발생시키고, 이 빔을 검출기에 쏘아 실험했다. 검출기는 무게가 14.6kg, 크기는 토스터만 하다. 나트륨이 도핑된 요오드화세슘 결정으로 만들었다. 과거에 수천t(톤)의 검출기가 이용된 것과 대조적이다.

연구팀은 검출 실험을 461일 이상 지속한 결과, 결맞음 탄성 중성미자-핵 산란으로 추정되는 134번의 중성미자 산란 현상을 관측했다고 밝혔다. 이번 연구에는 유종희 KAIST 물리학과 교수(IBS 액시온 및 극한상호작용 연구단 그룹리더)도 참여했다.

doi:10.1126/science.aao0990