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천체입자물리학은 천체물리학, 입자물리학, 우주론의 교차점이다. 천체입자물리학은 암흑 물질과 암흑 에너지, 빅뱅 물리학, 양성자의 안정성, 중성미자의 성질과 우주 진화에서의 그 역할, 중성미자로 관측하는 태양의 내부나 초신성, 우주선(cosmic ray)의 근원, 중력파로 관측하는 극한 에너지 영역의 우주의 성질과 격렬한 우주 변화 과정 등의 근본적인 문제를 다룬다. 지난 25년 동안의 천체입자물리학의 놀랄 만한 성공 가운데, 우주로 열린 두 개의 창이 있다: 중성미자의 창(태양과 초신성)과 고에너지 감마선의 창. 우주 중성미자 연구는, 우주의 진화에서 이 입자의 역할에 대한 중요한 결론과 중성미자가 질량을 가진다는 것을 밝혔다. 천문학자들과 물리학자들은 우주 가속 팽창(2011년 노벨 물리학상)을 발견했다. 천체입자물리학의 또 다른 분야는 가까운 장래의 획기적인 발견에 필요한 정도의 측정 정확도 수준까지 발전했다. 이는, 중력파와 암흑 물질 입자의 관측, 고에너지 우주선과 중성미자의 근원, 중성미자 질량의 결정, 더 나아가서 양성자 붕괴의 관측과 암흑 에너지의 이해에 응용된다. 지난 2008년 ASPERA 보고서와 비교할 때, 현재 우리는 세계적인 규모의 증대된 조직과 협력 그리고 많은 곳에서의 놀라운 진보를 목격했다. 연구 우선 순위는 나라마다 다르다. 예를 들면, 국가 기반 시설, 특정 분야에 대한 자국의 전통과 역사적으로 쌓인 강점에 따라 그 순위가 다르다. 본 보고서는 과학적 논리를 가장 중요하게 생각하지만, 동시에 고려해야 할 역사적 정치적 관점 또한 존재한다는 점 또한 잊지 않았다. 우리 권고 사항은 두 개의 범주로 나뉜다: a) 중간 규모의 프로젝트나 단계별 업그레이드 (천만 유로 규모의 투자 기금) b) 5년 정도 앞에 시설 완공을 목표로 하는 대규모 프로젝트 (수억 유로 규모의 투자 기금). 첫 번째 범주에는, 상당한 수준의 지속적인 재정 지원이 필요한 몇 가지 프로젝트들이 있다. 그 이유는 다음과 같다: 그 프로젝트들은 지속할 필요가 있는 인상적인 동인을 가지고 있다; 큰 발견을 눈 앞에 두고 있다; LHC(Large Hadron Collider) 물리와 관련이 있다; 기술적으로 잘 준비되어 있고 전세계가 이에 참여하고 있다; 마지막으로, 중요 결정과 재정 지원의 지연은 프로젝트를 위태롭게 할 수도 있다. 이런 이유로, 우린 다음과 같은 프로젝트들을 추천하며, 효과적이고 실질적인 지원을 위해 관계 기관이 힘을 모을 것을 요구한다: - 중력파: Advanced VIRGO, Advanced LIGO and GEO-HF - 암흑 물질: EURECA, DARWIN - 중성미자의 특성: GERDA, CUORE, SuperNEMO, KATRIN, Double CHOOZ, NEXT - Underground Laboratory of Modane (LSM) 약 5년 안에 완공되어야 할 대규모 기반 시설은 고에너지 프로젝트 셋과 저에너지 중성미자 천체물리학 프로젝트 하나를 포함한다: - TeV(tera-electron volt) 감마선 천체물리학: CTA - 고에너지 중성미자: KM3NeT - 고에너지 우주선(cosmic ray): 차세대 지상 관측소 - 저에너지 중성미자 천체물리학과 양성자 붕괴: LAGUNA-LBNO 천체입자물리학자들은 많은 국제 암흑 에너지 프로그램에 참여하고 있다: 예를 들면, 주로 미국에서 재정 지원하는 LSST 관측소 또는 ESA 위성 EUCLID. 본 위원회는 이런 프로그램에 대한 강력한 지원을 권고한다. 우리는 또한 중력파 연구를 위해 LISA와 E.T. 프로젝트를 강력 추천한다. 마지막으로 세가지 병행하는 연구 활동의 중요성을 강조한다: - 이론 연구는 천체입자물리학의 필수적인 파트고, 실험 자료를 이론적 모형으로 해석할 때 없어서는 안 된다. 실험 활동과 비슷하게, 이론 연구도 강화되고 더 조직적인 지원이 필요하다. 결국, 이것는 천체입자물리학 실험의 효과를 최대한 활용하는데 도움이 될 것이다. - 소규모 프로젝트와 혁신적인 R D 활동은 이 분야의 발전과 국제 공조로부터 얻는 이득에 매우 중요하다. ASPERA는 R D 활동에 대한 일련의 요구를 다뤘다. - 대부분의 천체입자물리학 관측소는, 그것이 수면/빙하 아래 (중성미자 망원경) 있거나 지면 아래 (지하 실험실) 또는 지상에 (공기 샤워) 있든지, 지구 과학과 환경 과학과 함께 상승 효과를 내왔다. 이들은 최신 기술과 매력적인 기반 시설을 해당 지역 사회에 제공하고, 지역 사회는 다시 이런 기반 시설에 대한 지원을 확대할 것이다. --[ 목차 1. 소개 2. 고에너지 우주 3. 암흑 물질, 중성미자 질량, 저에너지 중성미자 천문학, 양성자 붕괴 4. 암흑 에너지와 중력파 5. 병행 연구 활동 부록 |
