나노기술 및 정책 정보

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기후(岐阜)대학 교육학부·공학 연구과를 비롯한 한국·미국·중국·독일·미얀마 6개국 등의 국제 공동 연구그룹이 ‘고강도양자가속기시설(J-PARC)’을 이용한 국제 공동 실험(J-PARC E07 실험)을 통해 ‘크사이 마이너스(xi-minus)’라는 ‘기묘 쿼크(strange quark)’를 2개 갖는 입자를 함유한 초원자핵인 ‘크사이 핵’을 관찰하는 데 성공함.

본 발견은 기후현의 이부키(伊吹)산의 이름을 따서 ‘IBUKI event’로 명명되었으며, 상세 분석을 통해 ‘크사이 마이너스 입자’가 질소 14원자핵에 속박된 상태임을 확인함.

지금까지‘크사이 핵’의 질량은‘크사이 핵’이 붕괴해서 생기는 낭핵(娘核)의 상태에 여러 해석이 있었기 때문에 결정되지 않았음. 본 발견은 해석이 모호하지 않아 그 질량을 최초로 결정할 수 있었음. ‘크사이 핵’의 질량으로부터 ‘크사이 마이너스 입자’와 원자핵, 그 구성 요소인 양성자와 중성자 사이에 작용하는 힘의 크기를 알 수 있으며, 또한, ‘크사이 마이너스 입자’등의 기묘 쿼크를 가진 입자(하이페론)는 우주에서 가장 밀도가 높은 천체인 중성자 별에서 출현하는 것으로 여겨지고 있으며, 그 힘의 크기는 중성자 별에서 어떤 하이페론이 어떤 밀도로 출현하는지 외에, 반경과 내부 압력 같은 구조를 이해하는 데 도움이 됨.

따라서 ‘크사이 마이너스 입자’에 작용하는 힘을 정밀하게 결정한 본 연구는, 물질을 구성하는 소립자‘쿼크’로부터 물질이 형성되는 시스템을 이해하는 데 도움이 되는 한편, 거대한 원자핵으로 불리는 중성자 별 내부 구조 규명에 공헌할 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Physical Review Letters(Observation of Coulomb-Assisted Nuclear Bound State of Ξ−–14N System)에 게재됨.