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NIPPONIA 제23호 2002년 12월 15일 발행
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특집*
지하 1,000m에서 우주 탄생의 원리를 찾는다
슈퍼 카미오칸데와 캄랜드

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이것이 수퍼카미오칸데의 내부(아래)에 1만개이상 설치되어 있다.
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우주에는 수명이 있을까?
「있다」라는 결론을 내리려면 양자에 수명이 있다는 것, 즉 양자가 붕괴되는 것을 증명하면 된다. 이를 증명하기 위해 도쿄대학 우주선연구소(東京大學 宇宙線硏究所)가 1996년에 완성시킨 것이「슈퍼 카미오칸데」라는 것이다. 양자의 붕괴로 발생된다고 여겨지는 방사선을 검출하는 장치이다.
슈퍼 카미오칸데는 2001년까지 아연과 납을 생산하던 기후현 카미오카광산(岐阜縣 神岡鑛山)의 지하에 설치되었다. 1,000m의 암반을 직경 40m, 높이 42m의 원주형으로 파내고 그 안에 순도가 높은 물을 가득 채운다. 그 안에 역시 순수한 물을 넣은 직경 40m보다 조금 작은 원통형 탱크를 넣는다. 금속구슬의 내면에는 1만개 이상의 광검출기를 빽빽하게 나열해 놓고 물 분자 속의 양자가 붕괴할 때 나오는 방사선에 의한 빛(체렌코프광)을 측정하는 장치이다.
건설비는 약 100억엔. 지하에 만들어야 하는 이유는 지상에서는 우주선(宇宙線)이라고 불리우는 방사선이 방해가 되기 때문이다. 깊을수록 노이즈가 적다고 한다.
슈퍼 카미오칸데의 전신인 카미오칸데가 1987년, 우연히 초신성폭발유래의 중성미자(neutrino)라는 소입자를 관측했다. 카미오칸데를 더욱 발전시킨 슈퍼 카미오칸데는 양자붕괴의 관측뿐만 아니라, 지금까지 풀리지 않은 중성미자연구 등에도 사용하게 되었다.
이 후, 1998년 대기중에 발생하는 중성미자를 관측함으로써 이 소입자에 질량이 있는 것을 증명했다. 중성미자는 오랫동안 질량이 없다고 생각되었지만, 이 발견으로 인해 물리학의 역사를 바꾸는 대발견이었다. 이 우주 중성미자의 검출에 크게 공헌한 도쿄대학 명예교수 고시바 마사토시(小柴昌俊, 76)씨는 2002년 10월 노벨 물리학상을 수상했다. 슈퍼 카미오칸데의 이름도 일약 세계적으로 유명해 졌다.
한편, 98년에는 도호쿠대학(東北大學) 중성미자과학연구센터가 카미오칸데 자리에「캄랜드」라는 중성미자 검출만을 위한 장치 건설을 시작했다.
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양자붕괴시 발생하는 미세한 빛을 검출하는 광전자증배관(위)은 직경 약 50cm.
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캄랜드는 카미오칸데와 거의 같은 구조이지만, 이보다는 조금 작고 건설비는 20억엔에 이른다. 또한 금속구슬 속에 채워진 것은 물이 아닌 기름으로 그 안에는 또 다른 기름을 넣은 거대한 투명수지제 구슬이 떠있다. 중성미자 등의 방사선이 오면 이 투명구슬 속의 기름이 빛을 내고, 이 빛은 물에서 나오는 빛보다 매우 밝아 광검출기가 파악하기 쉽다. 따라서 캄랜드의 검출감도는 슈퍼 카미오칸데의 50∼100배의 감도로 중성미자를 검출할 수 있다고 한다.
캄랜드는 2002년 봄부터 데이터수집을 시작했다. 주변의 원자력발전소의 원자로에서 발생하는 중성미자를 관측함으로써 정밀한 질량을 산출해낸다. 그 결과는 중성미자 물리학을 더욱 발전시키리라고 기대되고 있다.NIPONIA
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