기초과학연구원(IBS) 지하실험 연구단이 이끄는 코사인-100 공동연구협력단*이 암흑물질을 둘러싼 오랜 논란을 검증할 수 있는 길을 열었다.
암흑물질 검출 실험설비를 독자적으로 개발하여, 암흑물질의 유력한 후보로 알려져 왔던 윔프(WIMP) 입자**가 남긴 유일한 흔적을 반박할 데이터를 확보하는데 성공했다.
* 코사인-100 국제공동연구협력단 : 암흑물질을 탐색하는 코사인 실험을 운영하기 위해 구성된 국제공동연구진(이번 연구에 국내외 15개 기관 50명의 연구자가 참여)
** 윔프(WIMP, Weakly Interaction Massive Particle) : 약하게 상호작용하는 무거운 입자라는 뜻으로 故 이휘소 박사의 유고논문(1977년)에서 그 아이디어가 시작됐다.
과학기술정보통신부(장관 유영민)와 IBS(원장 김두철)는 이번 연구성과가 네이처(Nature, IF 42.351)誌 온라인 판에 12월 06일 새벽 3시(한국시간) 게재되었다고 밝혔다.
우주의 26.8%를 차지할 것으로 추정되는 암흑물질은 아직까지 그 존재가 규명되지 않았다.
암흑물질의 발견이 곧 노벨상 수상으로 여겨질 정도로 학계의 관심이 높지만, 지금까지 암흑물질의 흔적이 발견된 건 이탈리아 그랑사소 입자물리연구소의 다마(DAMA) 실험이 유일하였다.
98년 첫 실험 이후 다마 팀은 20년 동안 암흑물질 윔프의 신호를 포착했다고 주장하고 있다. 하지만 다른 연구팀에 의해 검증된 적이 없어 다마 팀이 관측한 신호가 정말 암흑물질인지에 대한 논란이 이어지고 있다.
IBS 지하실험 연구단은 강원도 양양에 위치한 지하 700m 깊이의 실험실에서 2016년부터 다마 팀의 실험을 검증하기 위한 코사인-100 실험*을 시작했다.
* 코사인-100 실험 : 고순도의 결정에 암흑물질이 부딪혔을 때 내는 빛을 토대로 암흑물질의 존재를 규명하기 위한 실험이다.
고순도 결정 제작 기술과 높은 차폐 성능 구현이 어려워 그간 세계 유수의 연구팀이 다마 실험의 완벽 재현에 실패했다. 연구진은 다마 팀과 동일한 결정을 이용하는 검출기를 독자 개발하여 제작하는 데 성공했다.
다마 팀에 비해 안정적인 검출환경도 조성했다. 고체 차폐체에 액체 섬광체를 추가한 이중 차폐 설계를 도입해 외부의 잡신호를 줄이는 동시에 결정 내부에서 만들어진 방사능도 줄였다. 또 기계학습을 접목해 인공지능으로 잡신호를 골라낼 수 있는 기술도 추가했다.
이번 논문은 코사인-100 검출기가 초기 59.5일(2016.10.20.~12.29)간 확보한 데이터를 분석한 결과를 토대로 쓰였다.
연구진의 코사인-100 실험 초기실험(‘16.10.20.~12.29, 59.5일간)에서 확보한 데이터는 다마 팀이 발견한 신호가 암흑물질에 기인하지 않을 수 있다는 가능성을 제시했다.
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