중성미자

중성미자

중성미자는 1/2의 스핀을 가지며 항상 광속으로 움직인다. 중성미자에는 하전경입자와 결부된 3가지가 있는데 전자중성미자, 뮤온 중성미자, 타우 중성미자가 그것이다. 전자중성미자는 1930년 오스트리아의 물리학자 볼프강 파울리에 의해서 방사성 베타 붕괴과정을 에너지와 운동량의 보존법칙에 맞추기 위해 제안되었다.

이탈리아 태생의 물리학자 엔리코 페르미는 1934년 그 제안을 더욱 발전시켰으며 그 입자에 중성미자라는 이름을 붙였다. 전자중성미자는 양의 베타 붕괴에서 양전자와 함께 방출되며 전자반중성미자는 음의 베타 붕괴에서 전자와 함께 방출된다. 중성미자는 약력에 의해서만 물질과 작용하기 때문에 가장 침투력이 강한 원자구성입자이다. 중성미자는 이온화를 일으키지 않는다. 지구의 지름과 같은 거리만큼 진행하면서 10¹⁰개 중의 1개만이 양성자나 중성자와 반응한다. 전자중성미자는 1956년 반중성미자의 선속이 양성자와 반응하여 중성자와 양전자를 생성했을 때 처음 실험적으로 관측되었다.

파이 중간자(파이온)가 붕괴할 때 생성되는 2개의 다른 중성미자들은 1962년 서로 다른 종들인 뮤온 중성미자와 그것의 반입자임이 결정적으로 밝혀졌다. 그들도 다른 중성미자처럼 비반응적이지만 양성자와 중성자들과 반응할 때 뮤온(전자는 아님)을 생성하는 것으로 밝혀졌다. 1970년대 중반에 입자물리학자들은 또 다른 중성미자족인 타우 중성미자와 그것의 반입자를 발견했다.

이 중성미자-반중성미자의 쌍은 타우라고 하는 무거운 경입자가 붕괴할 때 생성된다. 모든 형태의 중성미자의 질량은 만일 존재한다면 그들의 짝 하전 입자보다 훨씬 작다. 예를 들어 실험에 의하면 전자중성미자의 질량은 전자질량의 0.0004배보다 작아야 한다. 그러나 중성미자의 질량이 0이어야 할 이론적인 이유는 없다. 실제로 태양중심에서의 핵반응으로 나오는 중성미자가 지구에서 관측될 때 숫자가 부족한 사실(태양중성미자 행방불명의 수수께끼라고 불림)은, 어떤 종류의 중성미자가 작은 질량을 가진다고 보면 쉽게 설명된다.→ 경입자