태양 중성미자 문제

3. 제안된 해결법

초기에는 표준 태양 모형의 오류 가능성이 제기되었다. 태양 내부의 온도와 압력이 예측과 다르거나, 핵융합 반응이 일시적으로 중단되었을 가능성 등이 제시되었다. 핵융합이 감소하면 열에너지가 태양 표면까지 이동하는 데 수천 년이 걸리므로, 당장 관측되지 않을 수 있다는 가설이었다.^[28]

일진학의 발전으로 태양 내부 온도를 직접 측정할 수 있게 되었는데, 측정 결과는 표준 태양 모형과 일치했다. 중성미자 에너지 스펙트럼 관측 결과, 중성미자 수를 설명하려면 핵의 온도가 낮아야 하지만, 스펙트럼을 설명하려면 핵의 온도가 높아야 한다는 모순이 발생하여 표준 태양 모형으로는 이 현상을 설명할 수 없었다. 표준 태양 모형을 조정하면 결과가 더 악화되었다.^[28]

상세한 중성미자 스펙트럼 관측 결과는 태양 모델 조정으로는 설명할 수 없었다. 전체 중성미자 플럭스가 낮다는 것은 태양 중심부 온도의 감소를 필요로 하는 반면, 중성미자 에너지 스펙트럼의 세부 사항은 더 높은 중심부 온도를 필요로 했다. 이는 온도에 따라 반응 속도가 다르게 달라지는 서로 다른 핵반응이 서로 다른 에너지를 가진 중성미자를 생성하기 때문이다. 태양 모델에 대한 조정은 불일치를 심화시켰다.^[7]

관측되어야 할 중성미자가 관측되지 않는다는 이론적 예측은 있었지만, 중성미자 관측의 어려움 때문에 실험적 실증은 이루어지지 않았다. 특히 중성미자가 질량을 가지는지 여부는 더욱 정밀하고 엄밀한 관측이 필요했다.

4. 해결

태양 중성미자 문제는 중성미자의 성질에 대한 이해가 깊어지면서 해결되었다. 입자물리학의 표준 모형에 따르면 중성미자는 전자 중성미자, 뮤온 중성미자, 타우 중성미자의 세 종류가 있으며, 태양에서는 전자 중성미자만 생성된다. 당시 대부분의 지구 검출기는 전자 중성미자만 감지할 수 있었다.

1960년대 후반 홈스테이크 실험에서 예측값보다 적은 중성미자가 검출된 이후, 가미오카 관측소, 서드베리 중성미자 관측소 등 여러 실험에서 이 현상이 확인되었다. 2002년, 레이먼드 데이비스와 고시바 마사토시는 태양 중성미자 수가 표준 태양 모델 예측치의 약 3분의 1밖에 되지 않는다는 것을 발견한 공로로 노벨 물리학상을 수상했다.^[23]

1998년과 2001년, 슈퍼 가미오칸데의 가지타 다카아키와 서드베리 중성미자 관측소의 아서 B. 맥도널드는 중성미자 진동 현상을 밝혀낸 실험으로 2015년 노벨 물리학상을 수상했다.^[24][25]

1987년 초신성 1987A 관측에서 가미오칸데와 IMB 검출기의 중성미자 도달 시간 차이로 중성미자 질량 가능성이 제기되었으나,^[30] 관측 수가 적어 결론을 내리지는 못했다.

서드베리 중성미자 관측소에서 관측된 ⁸B 중성미자의 총 수는 표준 태양 모형의 예측과 대략 일치했다.^[35]

4. 1. 중성미자 진동

4. 2. 미케예프-스미르노프-울펜슈타인 효과 (MSW 효과)

참조

_[1] 논문 Bruno Pontecorvo and Neutrino Oscillations 2013-09-23
_[2] 웹사이트 The Nobel Prize in Physics 2002 https://www.nobelpri[...] 2020-02-16
_[3] 웹사이트 The Nobel Prize in Physics 2015 https://www.nobelpri[...] 2020-02-16
_[4] 웹사이트 Neutrino 'flip' wins physics Nobel Prize https://www.bbc.com/[...] BBC News 2015-10-06
_[5] arXiv Solar neutrinos: Oscillations or No-oscillations? 2016-09-08
_[6] 논문 Did the Nobel committee get the physics wrong? 2016-12-14
_[7] 논문
_[8] 논문 Neutrino astronomy and lepton charge 1969
_[9] 논문 Neutrino mass limits from SN1987A 1987
_[10] 간행물 Detecting Massive Neutrinos 1999-08
_[11] 논문 Direct Approach to Resolve the Solar Neutrino Problem
_[12] 논문 Measurement of the Rate of Interactions ν_e + d → p + p + e⁻ Produced by ⁸B Solar Neutrinos at the Sudbury Neutrino Observatory
_[13] 논문 The Sudbury Neutrino Observatory
_[14] 논문 Solar Neutrinos http://www.slac.stan[...]
_[15] 논문
_[16] 논문 Neutrino astronomy and lepton charge
_[17] 논문 Neutrino mass limits from SN1987A
_[18] 논문 Supernova 1987A
_[19] 간행물 Detecting Massive Neutrinos 1999-08
_[20] 논문 Measurement of the rate of interactions produced by 8B solar neutrinos at the Sudbury Neutrino Observatory
_[21] 간행물 Solving the Solar Neutrino Problem 2003-04
_[22] 논문 Bruno Pontecorvo and Neutrino Oscillations 2013-09-23
_[23] 웹인용 The Nobel Prize in Physics 2002 https://www.nobelpri[...] 2020-02-16
_[24] 웹인용 The Nobel Prize in Physics 2015 https://www.nobelpri[...] 2020-02-16
_[25] 웹인용 Neutrino 'flip' wins physics Nobel Prize https://www.bbc.com/[...] BBC News 2015-10-06
_[26] arXiv Solar neutrinos: Oscillations or No-oscillations? 2016-09-08
_[27] 논문 Did the Nobel committee get the physics wrong? 2016-12-14
_[28] 논문
_[29] 논문 Neutrino astronomy and lepton charge 1969
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_[35] 논문 Solar Neutrinos http://www.slac.stan[...]