한국서 우주 미스테리 '암흑물질' 해결 실마리 찾았다

고려대 세종·IBS 과학자 등,伊 연구소 발표 반박자료 확보
박향규 교수 "검출기 개발 독립 실험 시작,세계 학계 주목"

결정 상태를 살피고 있는 IBS 지하실험 연구단 연구진.

ⓒ 고려대 세종캠퍼스

[충북일보=세종] 고려대 세종캠퍼스 가속기과학과를 비롯한 국내·외 연구팀이 우주(宇宙·space)의 미스테리를 풀 수 있는 실마리를 찾았다.

세계 과학계에 일으킬 파장이 매우 클 것으로 예상되는 관련 논문은 세계 최고 권위의 과학전문잡지 '네이처(Nature)' 온라인 판에 12월 6일 새벽 3시(한국시각) 게재됐다.

논문 제목은 'An experiment to search for dark matter interactions using sodium iodide detectors(나트륨 요오드 검출기를 활용,암흑물질의 상호작용을 찾기 위한 실험)'이다.

강원도 양양 지하실험실(Y2L)의 모습.

ⓒ 고려대 세종캠퍼스

6일 고려대에 따르면 우주의 26.8%를 차지할 것으로 추정되는 '암흑물질(暗黑物質·dark matter)'은 아직까지 그 존재가 명확히 밝혀지지 않았다.

단지 과학자들은 여러 관측 결과를 토대로 △중력(重力·물체가 서로 잡아당기는 힘)과 약력(弱力·핵이나 소립자들에서 일어나는 약한 상호 작용력)이 나타나고 △질량이 무거우며 △사람 눈에는 보이지 않는 미지의 입자가 있을 것으로 이론적으로 예측할 뿐이다.

코사인 검출기 모식도.

ⓒ 고려대 세종캠퍼스

또 한국 출신의 고(故) 이휘소 박사(1935~1977)의 유고논문(1977년)에서 아이디어가 시작된 '윔프(WIMP·Weakly Interaction Massive Particle· 약하게 상호작용하는 무거운 입자라는 뜻)'가 암흑물질이라고 알려져 왔다.

이런 가운데 이탈리아 그랑사소 입자물리연구소는 세계 최초로 지난 1998년부터 지하 1천400m 에서 수행한 '다마(DAMA) 실험'을 통해 "암흑물질의 흔적(윔프)을 찾았다"고 학계에 보고했다. 하지만 이 흔적은 아직까지 다른 연구팀에 의해 검증된 적이 없어, 20여년째 진위(眞僞)논란이 이어지고 있다.

IBS 지하실험 연구단의 연구시설 위치도.

ⓒ 고려대 세종캠퍼스

이에 우리나라 '코사인-100 국제공동연구협력단'은 다마 팀과 같은 결정(結晶)을 쓰는 검출기를 독자적으로 개발, 지난 2016년부터 강원도 양양의 지하 700m에서 다마 팀의 발표 내용을 검증하기 위한 실험을 했다. 연구단에는 고려대 가속기과학과를 비롯해 기초과학연구원(IBS), 서울대, 미국 예일대, 영국 셰필드대, 브라질 상파울로대, 인도네시아 반둥공과대 등 국내·외 15개 기관 소속 50명의 과학자가 참가하고 있다.

고려대 가속기과학과 박향규 교수.

ⓒ 고려대 세종캠퍼스

그 결과 '윔프' 입자가 남긴 유일한 흔적을 반박할 데이터(자료)를 확보하는데 성공했다.

고려대 가속기과학과 박향규 교수는 "암흑물질의 발견은 우리가 알고 있는 모든 물리지식에 영향을 줄 놀라운 사건"이라며 "이번에 연구단이 다마 실험을 완벽히 재현할 검출기를 자체 개발해 독립적 실험을 시작했다는 것 자체에 세계 학계가 주목했다"고 말했다.

박 교수는 "추가 데이터를 확보해 앞으로 5년 이내에 다마 팀의 주장을 완벽히 검증 또는 반박할 수 있을 것으로 기대한다"고 덧붙였다.