태양과 여러 행성에서 방출되는 아원자입자인 중성미자는 중성 전하를 띠고 질량이 거의 없기 때문에 다른 물질과 상호작용이 거의 이루어지지 않아서 탐지하기가 매우 어렵다. 그런데 입자물리학의 표준 모델에 따르면 태양에서 방출되는 중성미자와 지구에 도달하는 중성미자의 수가 같아야 하는데, 실제로는 그렇지 않았다. 이 때문에 과학자들은 그 이유를 설명하기 위해 오랫동안 고심해왔다.
더 정확한 계산을 위해 과학자들은 여러 개의 광산과 러시아의 차가운 바이칼호 바닥, 남극 빙하 밑에 거대한 탐지기들을 설치했다. 이들 탐지기로 조사한 결과 일부에서 중성미자에 질량이 있음을 암시하는 증거가 나왔으나, 최근까지 분명하게 확인되지 않았었다. 그런데 올해 6월, 캐나다와 미국, 영국의 물리학자로 구성된 공동연구팀이 온타리오주에 있는 서드베리 중성미자 관측소(SNO)에서 조사한 결과, 태양에서 방출된 중성미자의 수가 지구로 오면서 현저하게 줄어드는 이유는 중성미자의 형태가 변했기 때문이라는 확실한 증거가 발견된 것. 중성미자의 형태가 변한다는 사실은 양자이론에 따라 중성미자들이 질량을 가지고 있다는 증거인 것이다.
연구팀이 2,000m의 깊은 니켈 광산 지하갱도에 중수 탱크를 설치하고 중성미자를 통과시킨 결과 최초로 3종류의 중성미자가 모두 탐지됐는데, 하나는 태양에서 방출된 전자 중성미자이며, 다른 두 종류는 뮤온 중성미자와 타우 중성미자였다. 이로써 태양의 핵융합 결과 전자 중성미자만 방출되는데, 지구까지 오는 동안 다른 형태로 변한다는 사실이 분명하게 밝혀진 것이다.
< 저작권자 ⓒ 서울경제, 무단 전재 및 재배포 금지 >
