원자로 곁에서 처음 잡은 중성미자 실험 (1956)
Cowan–Reines neutrino experiment (1956)
원자로 곁에 물탱크를 놓아 둔 코원과 라이너스는 «유령 입자» 중성미자를 어떻게 처음 잡았을까요?
무슨 일이 일어났나
1956 년 초 코원과 라이너스는 미국 사우스캐롤라이나주 에이킨 근처 서배너강 공장의 P 원자로 곁에서 결정적인 실험을 했습니다(APS). 그 전에 워싱턴주 핸퍼드에서 먼저 시도했습니다(APS).
검출기는 약 200 L 물탱크 두 개에 염화 카드뮴을 약 40 kg 씩 녹인 것이었고, 그 속에서 «반중성미자 + 양성자 → 양전자 + 중성자» 반응을 찾았습니다(APS).
신호는 감마선 한 쌍, 그리고 몇 마이크로초 뒤 감마선 하나였습니다(APS). 앞의 한 쌍은 양전자가 전자와 쌍소멸하며 낸 511 keV 감마선이고 — 시뮬레이터에서도 광자 하나가 511 keV, 두 광자 사이가 180° 입니다 — 뒤의 하나는 중성자가 카드뮴 원자핵과 반응해 낸 감마선입니다(APS).
두 신호가 짧은 간격으로 잇달아 와야만 세었으므로, 우연히 들어온 다른 방사선과 가를 수 있었습니다.
두 사람은 결과를 26 년 앞서 이 입자를 내놓은 파울리에게 전보로 알렸고, 라이너스는 이 발견으로 1995 년 노벨 물리학상을 받았습니다(로스앨러모스 국립 연구소).
💡 생활 속 예시
- 친구와 «두 번 짧게, 조금 뒤 한 번» 처럼 문 두드리는 박자를 정해 두면, 다른 소리가 나도 친구가 온 것을 알아챌 수 있습니다.
- 시끄러운 경기장에서도 친구가 정해 둔 박수 박자를 치면 그 소리만 골라 들을 수 있듯, 정해진 순서로 오는 신호는 잡음 속에서 가려내기 쉽습니다.
누가 왜 찾았나
그때 로스앨러모스에 있던 클라이드 코원과 프레더릭 라이너스는 원자로에서 나오는 중성미자를 잡을 계획을 세웠습니다(APS). 워싱턴주 핸퍼드에서 먼저 해 본 뒤 1956 년 초 서배너강 P 원자로 곁에서 신호를 잡았고, 이 입자를 처음 내놓았던 파울리에게 전보를 보냈습니다(APS · LANL).
확인된 값
- 결정적인 실험을 한 때 · 곳 — 1956 년 초, 미국 사우스캐롤라이나주 에이킨 근처 서배너강 공장 P 원자로
- 1956 출처
- 계획한 사람 — 클라이드 코원 (Clyde Cowan, Jr.) · 프레더릭 라이너스 (Frederick Reines), 그때 로스앨러모스
- Cowan · Reines 출처
- 처음엔 워싱턴주 핸퍼드에서 실험했다
- Hanford Site 출처
- 라이너스 — 이 발견으로 노벨 물리학상
- 1995 출처
- 결과를 파울리 (Wolfgang Pauli) 에게 전보로 알렸다 — 파울리가 26 년 앞서 내놓은 입자
- 26 년 출처
- 물탱크에서 찾은 반응 — 반중성미자 + 양성자 → 양전자 + 중성자
- ν̄ + p → e⁺ + n 출처
- 중성자가 카드뮴 원자핵과 반응해 감마선을 하나 더 낸다 (뒤따르는 신호)
- delayed gamma from Cd 출처
- 중성미자원 — 서배너강 P 원자로에서 나온 중성미자
- P Reactor flux 출처
교육과정에서는
- 한국 2022 · 고급 물리학 · 현대 물리 [12고물04-06]
- 일본 · 高等学校 物理 (4) 原子