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지금 이 순간에도 초당 100조 개 이상의 중성미자가 제 몸을 아무런 저항 없이 통과해 지나가고 있습니다. 전기를 띠지 않고 질량도 거의 없는 이 입자는 '우주의 유령'이라고도 불립니다. 처음 이 사실을 접했을 때, 제가 믿어왔던 물질의 단단함이 사실은 얼마나 텅 빈 공간인지 실감했습니다. 중성미자는 단순히 희귀한 입자가 아니라, 우주의 시작부터 별의 죽음까지 모든 중요한 순간에 등장하는 메신저입니다. 유령입자, 중성미자의 정체 중성미자(neutrino)란 물질을 구성하는 기본 입자 중 하나로, 전하를 띠지 않고 질량이 극히 작아 다른 물질과 거의 상호작용하지 않는 입자를 뜻합니다. 쉽게 말해, 지구를 포함한 대부분의 물질을 마치 유령처럼 그대로 통과해버리는 입자입니다. 중성미자는 전자 중성미자, 뮤온 중성미자, 타우 중성미자라는 세 가지 종류가 있으며, 놀랍게도 이들은 서로 '변신'할 수 있습니다. 이러한 현상을 중성미자 진동(neutrino oscillation)이라고 부르는데, 여기서 중성미자 진동이란 중성미자가 날아가는 동안 한 종류에서 다른 종류로 바뀌는 양자역학적 현상입니다. 제가 흥미롭게 느낀 점은, 이 중성미자 진동을 실험적으로 증명한 과학자들이 2015년 노벨 물리학상을 받았다는 사실입니다. 당시 표준 모형(Standard Model)에서는 중성미자가 질량이 없다고 예측했는데, 중성미자 진동이 관측되면서 중성미자가 질량을 가지고 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 우리가 지금까지 알고 있던 물리 법칙이 불완전하다는 뜻이고, 새로운 물리학의 문이 열렸다는 의미였습니다. 일반적으로 기본 입자는 변하지 않는다고 알려져 있지만, 제 경험상 과학의 세계에서는 이렇게 '당연하다'고 여겨지던 것들이 무너지는 순간이 가장 흥미진진합니다. 체렌코프방사선으로 잡아내는 보이지 않는 신호 중성미자는 워낙 다른 물질과 상호작용을 거의 하지 않기 때문에, 직접 관측하는 것이 사실상 불가능합니다. 대신 과학자들은 ...