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고려대 물리학과에 갈 물천이 [1087203] · MS 2021 · 쪽지

2021-12-29 15:30:39
조회수 923

암흑물질을 찾는 방법

게시글 주소: https://orbi.kr/00042386665

1. 우주선 측정


여기서 말하는 우주선은 로켓같은게 아니라 cosmic rays..

지구1에서 배웠듯, 우주에 존재하는 물질의 대부분은 암흑물질이죠. 그렇다보니 지구로 떨어지는 암흑물질 입자도 상당히 많을겁니다. 그 입자를 검출해내는게 암흑물질 실험의 최전선이예요. 


물론 우리는 암흑물질의 정체가 뭔지도 몰라서 어떻게 검출할지도 미지수긴 한데, 입자이론에 따르면, 암흑물질은 약한 상호작용을 하기도 하고 일부 원자핵과 특이한 상호작용을 하기도 해서 우주선이 기존의 상호작용과는 다른 특수한 상호작용을 하는지에 초점을 두고 검출하고 있어요. 


한가지 특이한 점이 있다면, 이 실험은 지하에서 한다는 점. 왜냐면 우주에서는 암흑물질 입자 말고도 중성미자와 뮤온이라는 입자가 날아오고 있고, 지금 여러분이 오르비를 하는 와중에도 수십조개의 중성미자가 여러분의 몸을 통과하고 있어요. 그렇다보니 다른 입자의 방해를 최소화하고 순수한 암흑물질 입자를 검출해야하기 때문...입니다! 


실제로 강원도 양양의 한 폐철광에선 지하실험이 이루어지고 있습니다.


우주에서 날아오는 중성미자 검출을 통해 암흑물질의 정체와 특성을 조사하기도 해요. 핵과 암흑물질 입자의 상호작용을 통해 중성미자가 만들어진다고 (하는 가설이 힘을 받는 중이라고) 하는 만큼, 중성미자와 핵의 상호작용이라거나 우주에서 암흑 물질이 붕괴되어 중성미자가 만들어졌다면 어떤 상태일지를 측정하는 셈이죠ㅎㅎ


나아가 베타붕괴를 측정하기도 하는데 베타붕괴란, 중성자가 붕괴해서 중성미자와 전자, 양성자를 내놓는 현상입니다. 그런데 일부 불안정 핵 중에서는 베타붕괴를 한번에 두번이나 하고도 하는데 이걸 이중 베타 붕괴라고 해요. 이중 베타 붕괴도 신기한 일인데, 어떤 핵은 이중베타붕괴를 하면서 중성미자를 방출하지 않는대요. 이런 핵이 굉장히 드물기도 하구...그런데, 얘들은 어떻게 이런 일이 일어나는지를 알려면 약한 상호작용에 대한 이해가 필요한데, 아까 암흑물질도 매우 약한 상호작용을 한다고 언급했듯, 암흑물질의 정체를 밝히는데 도움이 될것이라고 합니다!



2. 입자 충돌 실험


말 그대로 유럽의 CERN같은데서 입자를 매우 높은 에너지로 충돌시켜 암흑물질 신호를 찾아내는 실험이예요. 입자를 높은 에너지로 충돌시키면 빅뱅 직후의 상황이 재현되는데, 이 상황에서도 암흑물질이 만들어졌을테니, 그 신호를 찾으려는 노력이라고 합니다.


특히 국제적으로 CMS 프로젝트를 진행하고 있는데, CMS 프로젝트의 목표 중 하나가 빅뱅 직후 만들어진 암흑물질의 신호를 잡는 것이라고 합니다. 국내에서 이 프로젝트에 참여 중인 대학은 서울대, 카이스트, 시립대, 세종대, 경북대, 전남대 등등등....


(이부분은 저도 잘 몰라서 여기까지 줄일게요ㅠㅠㅠ)

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