CMS (Compact Muon Solenoid) 실험에서는 CERN 연구소의 LHC (Large Hadron Collider) 가속기에서 양성자 빔을 높은 에너지에서 충돌시켜 발생되는 고에너지 입자를 검출하여 우리 우주를 구성하는 기본 입자들의 성질 등을 연구합니다. 총 길이 27km의 가속기 장치인 LHC와 높이 약 15미터, 무게 1만4천톤 이상의 거대한 검출기 장비를 활용하여, 우주 탄생 직후와 같은 극한 조건을 지구상에서 재현하여 원자핵보다 작은 미시 세계에서의 물리 현상을 탐구하여 우리 우주의 근본 원리를 이해하려고 합니다. CMS 검출기는 3.8Tesla의 강력한 솔레노이드 전자석과, 이를 둘러싼 각종 검출기 장비를 이용해 고에너지 입자의 각종 물리량을 정밀하게 측정할 수 있고, 특히 고에너지 입자 붕괴 과정에서 발생하는 뮤온 입자를 검출하는 데 특화되어 있습니다.

CMS실험은 5000명 이상의 전 세계 물리학자들의 국제 공동 연구로 운영되고 있습니다. 경희대학교 연구진은 2019년 정식으로 가입 절차를 완료하였으며, 뮤온 검출기 중 저항판 검출기의 입자 검출 성능 측정, 유지 보수, 데이터 분석 소프트웨어 개발, 머신러닝을 이용한 실험 데이터 분석, 그리드 컴퓨팅 등 다양한 분야에 기여하고 있으며, 탑쿼크 관련 연구에 참여하고 있습니다.

CERN 유럽 핵입자물리학 연구소 CMS 실험 public page

중성미자는 물질을 구성하는 입자들 중 가장 가볍고, 중력과 약한 상호작용만으로 다른 물질과 반응하는 특이한 입자입니다. 중성미자는 태양 내부의 핵융합, 원자력 발전소에서의 핵분열, 또는 입자가속기 빔이 조사되는 과정 등에서 다량 발생됩니다. 이렇게 발생된 중성미자를 검출하기 위한 방법으로, 중성미자가 양성자와 약한 상호작용을 일으키며 중성자와 경입자를 발생시키는 현상, 즉 inverse beta decay (IBD)를 활용하며, 섬광 검출기 안에서 최종적으로 감마선으로 검출됩니다.

그런데, 이 과정에서 검출될 것이라고 예측되는 중성미자의 수와 실제 검출되는 개수가 서로 다른 것으로 측정되었고, 이는 전자 중성미자, 뮤온 중성미자, 타우 중성미자의 세 종류의 상태가 계속해서 변환된다고 밝혀졌습니다. 이를 중성미자의 진동 현상이라 하고, 이를 통해 중성미자가 질량을 갖고 있으며, 세 가지 상태가 서로 양자역학적인 중첩 상태를 이루고 있다는 것으로 설명할 수 있습니다. 이 발견에 대한 공로로 2015년 아서 B. 맥도널드와 타카아키 카지타가 노벨상을 받은 바 있습니다. 중성미자 진동의 주기 측정은 현재까지도 진행중인데, 일부 실험 결과에서 현재까지 알려진 3가지 중성미자로는 설명이 어렵지만 질량이 큰 4번째 중성미자, 즉 비활성 중성미자(Sterile neutrino)의 가능성이 보입니다. 어쩌면 이 4번째의 중성미자가 현대 표준모형의 한계를 극복하는 힌트가 될 수도 있습니다.

JSNS2(J-PARC Sterile Neutrino Search at J-PARC Spallation Neutron Source) 실험은 비활성 중성미자를 중성미자 진동을 활용하여 찾기 위한 실험으로, 일본의 J-PARC(Japan Proton Accelerator Research Complex)의 MLF(Material and Life science experimental Facility)실험에서 생성되는 다량의 중성미자를 일정 거리에서 검출하고 이를 분석하여 비활성 중성미자의 존재를 찾는데 목적이 있습니다.

JSNS^2 실험 메인 페이지 JSNS2 proporal (pdf)

• 연구실 클러스터 (Grafana 모니터링 페이지)
  • Servers:
    • Intel Xeon Silver 4210R(x2), 60TB@PERC H730P Raid
    • AMD EPYC 7702(x2)
    • AMD EPYC 7302(x2), Xilinx Alveo U200 FPGA
    • AMD Ryzen Threadripper 399X 64core, Nvidia gforce 2080TIx4, Custom liquid cooling
    • Intel Xeon E5-1650v4, Nvidia gforce 1080ti, 20TB software-raid
  • Network: Dell X4012 10g sfp, HP 1g
  • 연구실 클러스터 모니터링 페이지 예시:
• WLCG grid computing |
• KISTI GSDC
• KISTI Supercomputer 5호기 (누리온)