보이지 않는 입자 보기 (입자 검출)

Particle detection

너무 작아 현미경으로도 안 보이는 입자가 지나간 길은 어떻게 볼 수 있을까요?

무슨 일이 일어났나

입자 검출기는 입자 자체가 아니라 입자가 지나가며 남긴 흔적을 봅니다. 대전 입자가 기체를 지나가면 이온이 생기고, 그 둘레에 물방울이 맺혀 자취가 남습니다(APS).

자기장을 걸면 자취가 휘어, 휜 방향으로 전하의 부호를, 반지름으로 운동량을 압니다(r = p ÷ qB). 시뮬레이터에서 0.5 T 속 1 MeV 전자는 반지름 9.49 mm 로 휘고, 같은 에너지의 양전자는 같은 크기로 반대쪽으로 휩니다.

같은 1 MeV 라도 양성자는 훨씬 무거워 반지름 289 mm 로 거의 곧게 갑니다. 휜 정도가 어떤 입자인지 가려내는 실마리가 됩니다.

1953 년 글레이저는 과열된 다이에틸 에테르를 채운 작은 거품 상자를 만들었고(APS), 슈퍼카미오칸데는 물속을 달리는 대전 입자가 내는 체렌코프 빛을 광센서로 잡습니다(ICRR).

오늘날 CMS 검출기 안에서는 양성자 다발이 1 초에 4,000 만 번까지 부딪칩니다(CERN Open Data). 그 많은 충돌에서 튀어나온 자취를 컴퓨터가 이어 입자를 다시 그려 냅니다.

💡 생활 속 예시

  • 눈 덮인 운동장에 남은 발자국을 보면 사람은 이미 가고 없어도 누가 어디로 걸어갔는지 알 수 있습니다.
  • 맑은 날 높은 하늘에 길게 남은 비행운을 보면 비행기가 지나간 길을 알 수 있듯, 안개상자의 물방울 줄은 입자가 지나간 길입니다.

🙅 오해 깨기오해 모음 보기

  • 입자 검출기는 입자를 직접 눈으로 본다.

    안개상자에서 보이는 것은 입자가 아니라, 대전 입자가 지나가며 남긴 이온과 물방울의 자취입니다(APS). 출처

누가 왜 찾았나

1895 년 찰스 윌슨이 떠올린 구름 상자(안개상자)는 우주에서 오는 입자(우주선)를 잡는 첫 기술이 되었습니다(APS). 1953 년 도널드 글레이저는 과열된 다이에틸 에테르를 채운 작은 거품 상자를 만들어, 그 공로로 1960 년 노벨 물리학상을 받았습니다(APS).

확인된 값

윌슨이 구름 상자(안개상자)를 떠올린 해 — 우주선을 잡는 첫 기술
1895 출처
대전 입자가 기체를 지나가면 이온과 물방울 자취가 남는다
trail of ions and droplets 출처
글레이저가 과열된 다이에틸 에테르를 채운 작은 거품 상자를 만든 해
1953 출처
글레이저 (Donald Glaser) 가 거품 상자로 노벨 물리학상을 받은 해
1960 출처
물속을 달리는 대전 입자가 내는 체렌코프 빛을 광센서가 잡는다(슈퍼카미오칸데)
Cherenkov light 출처
CMS 검출기 안에서 양성자 다발이 부딪치는 횟수 — 1 초에 4,000 만 번까지
40000000 s⁻¹ 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 고급 물리학 · 현대 물리 [12고물04-06]
  • 일본 · 高等学校 物理 (4) 原子

출처

이어서 보기

같은 단원 · 큰 실험 장치

DATA & LICENSE

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2022 개정 과학과 교육과정과 영국·호주·일본 교육과정에서 그 내용이 어디에 나오는지 함께 적습니다.

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