겸손한 중성자가 그 어느 때보다 강력해질 것입니다.

Jun 04, 2023

중성자는 다양한 분야에서 과학을 발전시킬 수 있는 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다.

과학 실험에 필요한 자유 중성자를 생산하기 위해 스웨덴에 새로운 시설이 건설되고 있습니다.

이 시설은 이미징, 재료 과학, 반물질 조사와 같은 영역의 문제를 조사하는 데 사용될 것입니다.

중성자는 양자 세계에서 이름 없는 영웅입니다. 그것들은 충전되지도 않고, 이리저리 움직이지도 않으며, 원자 질량의 상당 부분을 차지하더라도 원자 번호로 계산되지도 않습니다.

그러나 그것들은 절대적으로 중요합니다. 그들 없이는 아무것도 존재하지 않을 것입니다. 중성자는 일반적으로 서로 반발하는 양성자가 핵에 뭉쳐 원자를 생성하도록 허용하며, 이는 거의 모든 것을 구성합니다. (수소를 제외하고, 하나의 양성자는 이에 대응하기 위해 중성자가 필요하지 않습니다.)

중성자는 중요할 뿐만 아니라 유용하기도 합니다. 매우 유용하고 광범위하게 유용하기 때문에 실제로 스웨덴에서는 ESS(European Spallation Source)라고 불리는 전체 연구 시설이 현재 건설 중입니다. 그 목표는 다양한 과학적 노력에 사용할 수 있는 입자 빔을 생성하여 중성자에서 얼마나 많은 용도를 얻을 수 있는지 확인하는 것입니다.

많은 과학에서 중성자를 사용하는 핵심이 파쇄(spallation)라는 과정이기 때문에 ESS는 설명적으로 명명되었습니다. 여기에는 고에너지 입자로 원자핵을 폭발시켜 원자를 불안정하게 만들고 중성자 중 일부가 날아가 자유로워지는 과정이 포함됩니다. 자유 중성자는 또한 우주선과 대기 사이의 상호 작용과 지구의 자연 방사능 중 일부에 의해 생성됩니다.

그렇다면 중성자가 자유로워지면 어떤 종류의 과학적 노력이 여기에 있습니까?

글쎄요, 어떤 악기를 사용하고 싶은지에 따라 다릅니다. ESS가 가동되어 실행되면 처음에는 15개의 중성자 기반 기기(ODIN, BEER, T-REX, BIFROST와 같은 좋은 이름을 가진 기기 중 다수)가 설치되며 각 기기는 활용하도록 설정됩니다. 자신만의 방식으로 중성자를 생성합니다.

예를 들어, 한 장비는 정확히 멋진 엑스레이는 아니지만 충분히 근접한 이미징 작업을 수행할 것입니다. 올바른 방법으로 자유 중성자 빔의 초점을 맞추면 물체를 바로 볼 수 있습니다. 그 자체로는 혁명적이지는 않지만 중성자의 특성으로 인해 X선 빔으로 볼 수 있는 것과는 다른 것을 볼 수 있습니다. 게다가 물체를 손상시키지 않고 이미징을 수행할 수 있는 경우가 많습니다. 이는 매우 섬세한 고대 두루마리와 같은 물체를 검사하는 데 매우 중요합니다.

입자에 반복적으로 노출되면 손상될 수 있는 물체에 자유 중성자가 미치는 영향을 실제 시간 경과에 따라 효과적으로 생성하기 위해 또 다른 장비가 사용될 것입니다. 우리는 자유 중성자가 시간이 지남에 따라 전기 부품의 성능을 저하시킬 수 있다는 것을 알고 있으며, 실험실에서 해당 노출의 장기적인 영향을 테스트할 수 있으면 제조업체는 중성자 저항 부품을 더 많이 만드는 방법을 배울 수 있습니다.

그리고 가장 흥미로운 점은 ESS가 개장된 지 몇 년 후, ESS가 더욱 강화되면 이 시설은 중성자가 물질에서 반물질로 전환되는 순간을 찾기 시작할 것입니다.

ESS의 입자 물리학자인 발렌티나 산토로(Valentina Santoro)는 보도 자료에서 "이런 것을 관찰하면 풀리지 않은 가장 큰 미스터리 중 하나를 이해할 수 있습니다. 우주에 반물질보다 물질이 더 많은 이유"라고 말했습니다.

"반중성자가 되는 중성자 하나만 있으면 됩니다. 바로 물질이 반물질로 변하는 과정을 발견한 것입니다."라고 Santoro는 덧붙였습니다.

ESS가 작업을 시작하려면 시간이 좀 걸립니다. 시설은 2027년에 온라인 상태로 전환될 예정이며, 그 후에도 한동안 반물질 실험이 시작되지 않을 예정입니다. 하지만 일단 작동하고 나면 조심하십시오. 중성자는 왜 과소평가되어서는 안 되는지 정확히 보여줄 것입니다.

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