암흑물질 검출기, 최저 에너지 태양 중성미자 측정 기록 경신

암흑물질 탐색을 위해 제작된 검출기가 이전의 어떤 실험보다 낮은 에너지의 태양 중성미자를 측정했다. XENONnT 장비는 직접 관측 범위를 약 17킬로전자볼트의 중성미자 에너지까지 넓혀, 태양에 에너지를 공급하는 핵융합 반응에서 생성된 입자가 주를 이루는 신호를 확인했다.

이탈리아 그란사소 산괴 지하 1,400미터에 설치된 검출기에는 고도로 정제된 액체 제논 5.9톤이 들어 있다. 드물게 통과하던 중성미자가 제논 속 전자와 충돌하면 미세한 섬광과 전기 신호가 발생한다. 연구진은 방사성 라돈과 납, 크립톤 등을 포함한 여러 원인에서 발생하는 간섭을 줄이고 정밀하게 측정했다. 그 결과 희미한 태양 신호가 입자물리학에서 발견을 선언할 때 통상 적용하는 5시그마 통계 기준에 도달했다.

이러한 양성자-양성자, 즉 pp 중성미자는 태양의 주된 핵융합 연쇄반응이 시작되는 단계 부근에서 생성된다. 따라서 그 흐름을 더 정밀하게 측정하면 태양 중심부의 에너지 생성 과정에 대한 과학자들의 이해를 검증할 수 있다.

이번 결과는 암흑물질 탐색 기술이 얼마나 발전했는지도 보여준다. XENONnT는 아직 암흑물질을 발견하지 못했지만, 감도가 높아지면서 다른 희귀한 입자 상호작용을 드러내고 있다. 태양 중성미자는 결국 암흑물질 탐색에서 중요한 배경 잡음원이 돼 도전 과제를 만들겠지만, 동시에 풍성한 성과를 낼 수 있는 중성미자 연구 분야도 열어준다.