전남대학교 우주소립자연구소 소속의 김재률 · 임인택 · 주경광 교수를 포함한 전국 공동 연구진이 가장 가벼운 중성미자와 무거운 중성미자의 질량차이가 전자(電子) 질량의 10억분의 1 정도라는 사실을 세계 최초로 밝혔다.

이 연구결과는 최근 발행된 물리학 분야 최고 권위의 학술지인 ‘피지컬 리뷰 레터지(Physical Review Letters)’에 실렸다. 연구는 미래창조과학부 기초연구사업(집단연구)을 통해 수행됐으며 전남대학교를 포함해 전국 10여 개 대학 29명의 연구진이 참여했다.

중성미자는 우주를 이루는 기본 입자 중 하나로, 핵붕괴나 핵융합 과정에서 나온다. 이러한 중성미자는 전자·뮤온·타우 등 3종류가 있고, 지구에서 1㎠의 손톱만 한 면적에 매초 광자수와 비슷한 정도의 수가 통과할 정도로 많지만, 다른 입자와 거의 반응을 하지 않아 ‘유령입자’로 불린다.

지금까지 세 가지 중성미자가 이동하면서 각각 다른 종류로 변환하는 비율은 밝혀졌지만, 질량 차이는 똑같은 두 개의 검출기를 사용하는 우리나라 중성미자실험장치인 RENO실험에서 세계에서 처음으로 확인됐다. 이 측정 결과로 물리학의 난제로 남아 있는 ‘우주의 물질과 반물질의 비대칭성’과 ‘중성미자 질량 순서’를 알아낼 수 있는 가능성을 열었다.

RENO 실험장비는 전남대학교를 비롯한 국내 10여 개의 대학이 전남 영광 한빛 원자력발전소 인근에 순수 국내 기술로 구축한 국내 최초의 중성미자 검출시설이다. 2011년 8월부터 데이터 수집을 시작한 이래 지금까지 운영해왔고 앞으로도 5년간 더 기능을 수행할 예정이다.

전남대학교는 앞으로 중성미자 연구를 위한 세계 최고 수준의 초대형 우주 중성미자망원경을 RENO실험보다 20배 더 큰 규모로 나주 금성산에 구축할 계획이다. 전남대 연구진은 이 시설을 통해 초신성 폭발시 10초의 짧은 순간에 약 6,000개의 중성미자를 관측, 중성자별이 탄생하고 무거운 원소를 만들어내는 과정을 관측할 예정이다. 또한, 지구의 열 방출 원리를 중성미자로 관측해 알아냄은 물론, 원자로에서 나오는 중성미자로 중성미자의 질량 순서를 결정하고 변환확률과 질량차이를 매우 정밀하게 측정할 예정이다.

전남대학교 연구팀은 RENO실험 터널 구축에서부터 데이터 분석까지 실험의 중추적인 역할을 담당하며 관련 연구에 참여하고 있다.