n_TOF, 니오븀-94 중성자 포획 확률 세계 최초 측정

ㅇ CERN n_TOF 공동 연구팀, 니오븀-94(Niobium-94)가 중성자를 포획할 확률을 세계 최초로 실험을 통해 측정함

- 니오븀-94는 죽어가는 별에서 무거운 원소가 생성되는 과정의 핵심 동위원소로, 고대 별먼지에서 몰리브데넘-94가 예상보다 많이 발견되는 원인을 밝히는 데 중요한 역할을 함

- 기존에는 관련 실험 데이터가 없어 이론적 추정치에 의존해 별 내부의 핵반응을 계산해 왔음

ㅇ 두 핵반응 경로가 ‘몰리브데넘 수수께끼’ 좌우

- 별 내부에서 니오븀-94는 베타 붕괴를 통해 몰리브데넘-94(molybdenum-94)가 되거나, 중성자를 포획해 니오븀-95(niobium-95)로 변환될 수 있음

- 따라서 두 반응의 경쟁 관계는 태양계 이전 입자에서 몰리브데넘-94가 예상보다 많이 존재하는 이유를 설명하는 핵심 요소임

- 이번 연구는 이 가운데 중성자 포획 경로를 처음으로 실험적으로 규명했다는데 의미가 있음

ㅇ CERN 강력한 중성자원으로 미약한 핵반응 포착

- 독일·프랑스·스위스 연구기관은 협력을 통해 고순도 니오븀-94 시료를 제작·분석하고 CERN n_TOF 시설에서 실험을 진행함

- 연구진은 EAR2 실험구역의 높은 중성자속을 활용해 별 내부 환경을 모사하고 미약한 니오븀-94 중성자 포획 신호를 측정함

- 이를 통해 기존에는 이론으로만 추정했던 핵반응 확률을 실제 실험 데이터로 확보함

ㅇ 새 데이터로 고대 별먼지의 몰리브데넘 존재량 재현

- 측정 결과는 일부 기존 이론값과 유사해, 오랜 불일치의 원인이 중성자 포획 데이터보다 기존 별 진화 모델의 한계에 있을 가능성을 보여줌

- 새로운 측정값을 최신 별 진화 모델에 적용하자 불확실성이 크게 줄고 실제 별먼지에서 관측된 몰리브데넘-94 존재량도 재현할 수 있었음

- 연구진은 이를 ‘몰리브데넘 수수께끼’를 해결하는 중요한 진전으로 평가함

ㅇ 니오븀-94 베타 붕괴 측정이 마지막 과제

- 니오븀-94의 두 핵반응 경로 중 중성자 포획은 이번에 측정됐지만 베타 붕괴는 여전히 이론적 추정에 의존하고 있음

- 연구진은 향후 베타 붕괴를 정밀 측정해 몰리브데넘-94의 생성 과정과 별의 무거운 원소 형성 원리를 더욱 정확히 규명할 계획임

Source: home.cern