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우주적 물리학도 레이의 연구실

우주적 물리학도가 되고 싶은 레이의 물리블로그입니다. 물리이야기도 쉽게 소통할 수 있다는 믿음의 끈을 꼭 쥐고 있습니다. by cosmic-ray


UHECR을 찾아서

어느 연구든 자기가 관심을 가지고 하면 재미없는 것이 없겠지만 UHECR의 연구에 있어서는 개인적으로 더 재미있는 것 같습니다. 실험쪽 이야기를 들을 기회가 많고, 듣다 보니 또 재미도 있고 그래서 이것의 정체가 한층 더 궁금해집니다.

UHECR은 꽤 오랫동안 연구된 분야임에도 불구하고 아직도 그 정체는 미스테리합니다. 지난 50여년 간 Volcano Ranch 실험에서부터 가장 최근의 TA 실험까지 큰 규모의 실험들이 수행되었음에도 불구하고,

UHECR이 어디서부터 날아오는지
어떻게 그렇게 높은 에너지를 얻을 수 있는지
어떤 입자가 날아오는지
GZK cutoff가 정말 있는 것인지


등등 알고 있는 것보다는 모르고 있는 것이 더 많다고 할 수 있죠.




위의 표는 그 동안 있었던 큰 규모의 실험들을 정리해둔 것인데요. 정말 많은 실험들이 있었죠? 제가 태어나기 이전에 있었던 실험들도 있습니다. 미국에서는 벌써 세 번째 실험이 있는데요, Fly's Eye의 업그레이드 버젼이 HiRes 실험이고 일본에서 있었던 AGASA와의 합작판이 이번 TA 실험이라고 생각하시면 됩니다.

2004년 부터 시작한 AUGER 실험은 2007년 첫 결과를 발표했지만 많은 사람들의 이론적 지지를 얻지는 못했습니다. 일단 데이터의 수가 27개 밖에 안되는 등 논쟁점들이 많았어요. 새 데이터를 기대해봐야겠죠. ;)

이렇게 많은 실험들이 있었는데 왜 아직도 모르는 것이 더 많다는 것일까요? 참 재미있게도 각 실험별로 UHECR의 원천일 것이라고 주장하는 것이 조금씩 다 다릅니다. 예를 들어 HiRes에서는 BL lac을 AUGER에서는 AGN 혹은 AGN의 분포와 비슷한 어떤 것을 UHECR의 원천일 것이라고 논문을 발표했죠. 일정 에너지 이상의 입자의 flux가 급격히 줄어드는 GZK cutoff에 대해서는 유일하게 AGASA 만이 GZK cutoff 이상의 에너지를 갖는 입자들을 관측하였고 이것이 엄청난 논쟁거리가 되었죠.

그.래.서.
 
TA 실험을 통해 관측한 데이터를 분석하여 UHECR의 정체를 조금이라도 더 알기 위해서 노력하는 것이랍니다.

Telescope Array 실험은 미국 유타주의 사막에 설치되어 있어요. 작년 이맘때 쯤 번을 서러 다녀왔는데 정말 멀더군요. 유타주 솔트레이크시티에서 비행기를 내려 거기서 차를 타고 2~3시간 걸리는 델타라는 동네에 짐을 풀고 실험기기가 설치되어 있는 곳까지 또 차를 타고 달려야 하는 대장정이었습니다.

정확한 위치는 북위 39.3 °,  서 112.9 °.

surface detector(SD)와 fluorescence detector(FD)를 이용하여 UHECR을 관측합니다. SD는 지면에 도달하는 입자들을 검출하는 것으로 총 512개의 SD가 700 제곱킬로미터의 사막에 1.2 km 간격으로 배치되어 있습니다. 또 그 주위를 둘러싸는 모양으로 3개의 FD station이 설치되어 있습니다. FD는 지구 대기로 들어온 입자가 대기의 분자와 부딪히면서 내는 빛(fluorescence light)을 검출하기 위한 장치예요. SD와 FD에 대해서는 다음에 좀 더 자세히 다루도록 할게요.


개략적인 모양을 보면 아래 그림과 같습니다.



거개의 실험들이 그러하듯이 실질적으로 유용한 데이터를 받기 위해서는 시간이 좀 걸립니다. 우선 이런 실험 장비들을 건설하는데에도 시간이 오래 걸리고, 실제로 관측을 시작했다 하더라도 여러 가지 요소들을 점검하고 보정하여 안정적인 데이터를 받기까지 걸리는 시간이 또 상당하죠.

TA 실험은 지난 2008년부터 SD와 FD 양쪽의 안정적인 데이터를 받기 시작했으니, 몇 년 안에 또 어떤 의미있는 결과들을 볼 수 있을지 기대가 됩니다. :)


아, 이 실험은 일본과 미국, 한국 등이 참여하고 있습니다. 그리고 제 기억에는 러시아 그룹도 조인을 했다는 것으로 알고 있어요. 한국 그룹으로는 우리 한양대, 연세대, 이화여대, 충남대, 부산대가 함께 하고 있습니다. 뭐 다들 초짜라 맨바닥에 헤딩하면서 열심히들 하고 있어요. ㅎㅎ


그럼 오늘은 TA 로고를 남기고 이만...

















Telescope Array 홈페이지 구경 가시려면 
여기를 눌러주세요. 




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Comment 1 Trackback 0
  1. 김지웅 2010.11.19 17:21 address edit & delete reply

    전 부산대. 물리과 재학중인 학생입니다. Cosmic ray 에 관심이 많습니다. 우연찮게 뮤온 측정실험을 하게되서 공부하고 잇는데 도움이 많이되 댓글 남김니다 ㅎ

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