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암흑물질에 중성미자까지…땅속 1100m 서 우주 비밀 탐구한다

등록 2019-04-09 11:38:19 | 수정 2019-04-09 12:51:46

12일 우주입자연구시설 1단계 터널 공사 착공식

자료사진, 2014년 5월국제 과학연구진이 우주의 생성과 진화 과정을 실험실에서 완벽에 가까운 시각화 구현 실험에 성공해 주목받았다. 일러스트리스 콜래보레이션이 제공한 사진으로, 이번 컴퓨터 시뮬레이션에서 암흑물질이 가스 유체속도장과 겹치는 모습을 보여준다. 연구진은 보이지 않는 우주 암흑물질로부터 최초 은하계가 형성되는 과정, 실제에 가까운 우주의 모습을 컴퓨터 시뮬레이션으로 재창조해 한계를 뛰어넘었다는 평가받고 있다. 연구 성과는 같은 달 7일(현지시간)에 공개된 과학전문지 네이처 최신호에 올랐다. (뉴시스)
국내 유일의 기초과학 연구기관인 기초과학연구원(IBS‧원장 김두철) 지하실험 연구단이 우주입자연구시설을 본격적으로 구축한다. 우주입자연구시설은 강원도 정선군 철광 지하 1100m에 자리 잡을 예정이며, 이곳에서 암흑물질‧중성미자 등 우주의 근원을 탐구한다. 12일 오후 2시 강원도 정선군 예미산 일대 한덕철광 광산에서 착공식을 진행한다.

정선 우주입자연구시설은 지하실험 연구단이 기존에 운영하던 양양 지하실험시설보다 400m 깊고 면적은 10배 이상 큰 2000㎡ 규모다. 이곳에서 아직까지 정체를 드러내지 않은 암흑물질을 발견한다는 게 연구단의 포부다. 또한 유령입자로 불리는 중성미자의 질량을 측정하고 성질 규명에도 도전할 예정이다.

암흑물질을 발견하고 중성미자의 질량을 측정하는 건 우주의 생성과 구성을 이해하는 데 있어 핵심요소다. 현대물리학의 최대 과제로 꼽히는 만큼 노벨물리학상 0순위 후보로까지 거론할 정도다.

과학자들은 우주의 구성 성분 중 물질이 4%에 불과하며 나머지 96%는 암흑물질과 암흑에너지라고 추정한다. 암흑물질의 비중을 27%로 계산하고 있으며, 암흑물질 후보로 윔프‧액시온을 꼽는다. 중성미자는 우주에서 빛 다음으로 많은 기본 입자다. 전자 중성미자‧뮤온 중성미자‧타우 중성미자 세 종류가 있다. 다른 입자에 비해 질량이 매우 작아 질량이 있다는 사실만 확인했을 뿐 정확한 수치를 측정한 적이 없다.

이처럼 암흑물질과 중성미자가 내는 신호를 포착하는 게 매우 어려워 우주에서 쏟아지는 초고에너지 입자 등 배경신호를 최대한 줄인 실험 환경이 필요하다. 전 세계 과학자들이 경쟁적으로 지하 깊은 곳에 검출장치를 설치하는 이유이기도 하다.

국내에서 지하 우주입자 관측 실험이 자생하기 시작한 때는 1990년대 후반이다. 2011년 지하우주실험시설이 국가에서 전략적으로 추진해야 할 주요 구축 과제로 꼽히며 ‘국가대형연구시설 구축지도’에 오르기도 했다. IBS 지하실험 연구단이 출범하면서 2013년부터는 우주입자연구시설이란 이름으로 구축을 추진했다.

연구단은 “고심도 지하의 터널공사는 예기치 못한 지질‧지하수 등으로 공사에 차질이 생길 수 있다”며, “일정 구간마다 선진 시추 분석을 수행하고 미소 진동을 확인하는 등 최신 공법을 적용해 만반의 준비를 마쳤다”고 밝혔다.

2020년 말 구축을 마치고 2021년 초부터 중성미자 실험을 필두로 암흑물질 실험 등 우주의 비밀을 파헤치는 실험을 시작할 계획이라는 게 연구단의 설명이다.

연구단은 “정선 우주입자연구시설은 세계적 수준의 기술력을 갖춘 대형 연구시설로 국내 과학 기술의 위상을 국제사회에 널릴 알릴 수 있는 매개체가 될 것으로 기대한다”며, “완공하면 IBS 연구진뿐만 아니라 국내외 연구진이 입주를 희망하고 있어 우주입자연구시설을 중심으로 대형‧융합연구를 활발하게 진행할 예정”이라고 밝혔다.



이슬 기자 dew@newshankuk.com