Fermi 실험과 루머

http://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/main/index.html

1. Fermi는 프/독/이탈리아/스웨덴/일본/미국의 연구소들이 공동으로 참여하는 NASA의 프로젝트로 우주로 부터 날아오는 감마레이 (에너지가 높은 빛)를 검출하는 인공위성 실험을 일컫는다. 일본에서는 히로시마 대학교가 참여하고 있고 일본내에 빠르게 전달되는 소식의 근원이 되고있다. 총 경비는 6억9천만불 규모고 미국이 6억불을 부담하고 나머지는 다른 나라들이 부담하고 있다고 하는데 아쉽게도 한국은 참여하고 있지 않다.

2. Fermi는 두개의 디텍터를 갖고 있다. LAT (Large Area Telescope; 광역 망원경)와 GBR (GLAST burst monitor; 버스트 모니터). 입자물리학자들이 특히 관심을 가지고 있는 LAT는 ["모자"-"레이어"-"칼로리미터"]의 구조로 되어있고 "모자"에서 하전입자를 검출하고, 모자에 신호를 남기지 않은 빛 알갱이가 "레이어"를 지나면서 전자-반전자 쌍을 생성하고 "칼로리미터"에 에너지를 모아서 결국 감마레이의 방향과 에너지를 정밀하게 측정할 수 있다. GBR은 감마레이 버스트라고 불리는 폭발하듯 에너지를 내놓는 천체를 모니터하는 장치.

위 그림에서 "모자"는 anticoincidence detector, "레이어"와 "칼로리미터"는 겹겹이 쌓인 층과 아래쪽 파란 부분을 각각 뜻한다. 아주 명백하고 효율적인 디자인이다. "모자"의 원래 역할을 하전된 입자가 만들어내는 "fake signal"을 없애려는 것이다. 감마레이 대신 하전입자가 들어와 레이어와 칼로리미터에 신호를 남길 수 있기 때문에 "모자"에서 이 하전입자가 걸려들었다면 그 신호는 감마레이 신호와 구별된다는 것이 아이디어. cute!

3. 우주로부터 날아오는 고에너지 빛알갱이(포톤 photon) 즉 감마레이를 검출하면 우리는 무엇을 알 수 있을까?

페르미가 밝히고 있는 연구 목록은 매우 풍부하다.

Blazars and active galaxies, Gamma-ray bursts, Neutron stars, Cosmic rays and supernova remnants,The Milky Way galaxy, Gamma-ray background radiation, The early universe, Our solar system, Dark matter, Fundamental physics, The unknown!

요약하자면 매우 활발하게 물리현상이 진행되는 천체를 연구하고 암흑물질과 물리학 기본 법칙을 연구하겠다는 것. 다시말해 감마레이가 담고 있는 발생지의 정보로부터 물리학을 배우겠다는 것인데 천체물리학계와 고에너지 입자물리학계에 모두 큰 관심을 끌어모으고 있다. 특히 암흑물질과 관련해서 최근 흥미로운 관측 결과들이 PAMELA와 ATIC 등에서 잇달아 발표되었기 때문에 Fermi의 결과에 촉각을 곤두세우고 있다.

4. 페르미에서 공식적으로 결과를 발표하지 않았지만 루머가 돌고있다. 루머는 루머일 뿐이므로 큰 주의를 요하고, 보고 싶지 않은 분은 부디 보지 말고 지나치시길.

[루머는 접습니다]

[닫기]

[1] 우선 감마레이 쪽에선 EGRET의 '범프'가 Fermi에선 안보였다. EGRET에서는 1-10 GeV 사이에 감마레이가 예상보다 많이 나왔다고 발표했었으며 암흑물질의 중대한 증거가 될 수도 있었는데 보다 정밀한 실험인 페르미에서는 이것이 보이지 않았다. 이 쪽은 이미 여러 학회에서 발표가 있었고 prelim 데이터가 공개되었기 때문에 루머보다는 좀 더 사실에 가깝다는 개인적인 생각이다.

[2] 두번째 루머는 정말로 루머. 내가 이해한 바에 따르면 페르미에서 전자 데이터가 나왔는데 어느 영역 (1.3 GeV?? 13 GeV???) 에서 excess가 보인 모양이다. 이 결과가 PAMELA와 어떻게 매칭이 되는 것인지 나도 데이터를 보지 못했기 때문에 알 수 없다. 아무튼 "모자"가 PAMELA의 검출기보다 더 좋은 퍼포먼스를 가지지는 못한 것으로 보이며 이 루머의 해석은 각자가 알아서.

5. 한국에도 고에너지 천체물리학을 연구하시는 분들이 계실텐데 입자물리학자들과 연계해서 연구한다는 소식을 많이 듣지 못했다. 21세기 우주론과 고에너지 천체물리학이 엄청난 속도로 발전하는 것을 목격하고 있다. 한국 천문학계가 능동적으로 이 발전에 참여하길 기대한다.

**업데이트**

이화여대에서 WCU의 일환으로 중요한 프로젝트가 진행된다는 것을 언급할 필요가 있겠다.

http://ieu.ewha.ac.kr/

코비 위성관측 실험으로 우주론 관측사에 큰 획을 그은 2006년 노벨상 수상자 스무트를 비롯하여 버클리의 패컬티급 연구진도 다수 참여한다고 들었다. 한국측에서도 이론물리학을 연구하시는 안교수님과 김교수님 등이 일을 많이 하셨다고 알고있으며 어떤 식으로든 입자 물리학과 천체 물리학이 연계하는 연구가 이루어길 희망한다.