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2020/06/25 한양뉴스 > 학술

제목

SuperKEKB 입자가속기, 세계 최고 순간휘도(瞬間輝度) 달성

국제 공동 연구팀 발표 ... 한국그룹에서 천병구 교수팀 중추적 역할 기여

한양뉴스포털

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http://www.hanyang.ac.kr/surl/lIMSB

내용
6월 26일 일본 고에너지가속기연구소(KEK)는 미시 물리세계를 탐구하기 위해 건설한SuperKEKB 가속기와 벨 II (Belle II) 검출기 장치를 이용하여 세계 최고의 순간휘도(peak luminosity) 기록을 달성하였다고 공식적으로 발표했다.
 
▲ SuperKEKB/Belle II 실험에서 온라인상으로 얻은 시간별 순간휘도 프로파일

 
일본 츠쿠바 과학연구도시에 위치한 KEK는 우주대폭발 후 초기 우주 진화동안 사라진 반물질(anti-matter)의 수수께끼와 관련해서 2008년 노벨물리학상의 주제인 물질-반물질의 전하-패리티(Charge-Parity : CP) 비대칭성 연구의 결정적인 실험결과를 제공하여 세계 입자물리학계에서 주목을 받은 바 있다. 그 후 KEK는 기존 KEKB 가속기의 순간휘도 성능의 40배 높은 세계 최고 휘도 달성을 목표로 SuperKEKB 가속기를 건설하였다. 마침내 유럽 CERN 연구소의 LHC 가속기를 포함한 모든 가속기들 중에서 가장 높은 순간휘도 (2.22 x 1034 cm-2s-1) 기록을 달성하였고, 현재 2.40 x 1034 cm-2s-1 로서 순간휘도 값을 계속 갱신하고 있는 중이다.
 
SuperKEKB 가속기는 싱크로트론 타입으로 지하 10m 아래 3km 원형 터널에 초전도 가속공동(RF-cavity)과 1000개 이상의 전자석을 사용해 두 개의 저장 링을 구축했다. SuperKEKB 가속기는 40억 전자볼트 (4GeV) 에너지를 갖는 양전자와 70억 전자볼트 (7GeV) 에너지를 갖는 전자를 빛의 속도에 가깝게 반대 방향으로 가속시켜, 벨 II 검출기 제일 안쪽 중심지점에서 수십 나노미터 수준으로 빔 궤도를 정밀하게 조정하여 전자-양전자 충돌을 시키는 최첨단 거대과학 실험장치이다.
 
▲ SuperKEKB 가속기의 전자-양전자 충돌지점 내부 모습. 충돌지점 주위로 물리사건에서 발생하는 다양한 입자들을 검출하기 위해 Belle II 검출기가 설치되어 있다.
 
SuperKEKB 가속기팀은 2018년 4월 처음으로 전자-양전자 입자충돌에 성공하여 벨 II 검출기팀이 물리사건을 획득한 후, 두 빔간 충돌 횟수를 획기적으로 증가시키기 위해 전자 및 양전자 가속기에서 나노빔 기술 (nano-beam scheme) 및 새로운 입자충돌 기술 (crab waist collision scheme) 등을 가속기 빔 운전에 성공적으로 적용하였다. 이러한 기술에 힘입어 이전 KEKB 가속기의 전자, 양전자 다발전류 (bunch current) 보다 25% 낮은 전류를 사용해서도 세계에서 가장 높은 순간휘도 값을 얻을 수 있었다. 앞으로 10년간 본 실험이 수행될 것이며 현재보다 40배 높은 순간휘도의 목표치를 가지고 SuperKEKB 가속기 개선 작업을 꾸준히 진행하고 있다.
 
 
천병구 교수
벨 II 검출기 국제공동 실험연구팀은 SuperKEKB 가속기의 전자-양전자 빔 충돌지점에 벨 II 검출기를 장착해 물리 데이터 수집을 해오고 있으며, 무거운 쿼크(bottom, charm quarks)와 경입자(tau lepton)의 희귀한 약한 붕괴현상들의 정밀 측정과 더불어 암흑광자(Dark photon)의 존재성을 탐구하여 입자물리학의 표준모형 이론을 벗어나는 새로운 물리현상 발견을 기대하고 있다.

현재 벨 II 실험연구팀은 미국, 독일, 일본, 한국 등을 포함한 전 세계 26개국 115개 연구기관으로부터 약 1000명의 물리학자들이 협업하여 실험을 수행하고 있다. 국내에서는 한양대, 고려대, 연세대, 서울대, 경북대, 경상대, 전남대, 숭실대, 한국과학기술정보연구원의 9개 기관이 참여하고 있다. 특히 한국그룹에서는 천병구 물리학과 교수가 이끄는 한양대 팀이 시스템 설계단계부터 책임을 맡아 건설한 전자기열량계트리거 장치를 비롯해서 3차원 궤적트리거, 버텍스검출기 등을 제작했으며 실험의 컴퓨팅과 소프트웨어 연구에 중추적 역할을 해오고 있다.

 

[[한양위키]]에서 관련 자료 보기 : hyu.wiki/세계최고순간휘도

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