IBS 지하실험연구단,“암흑물질 후보 윔프(WIMP) 신호 없음 확인”

고려대 세종캠퍼스 가속기과학과 및 기초과학연구원(IBS) 지하실험 연구단이 이끄는 코사인-100 공동연구협력단이 암흑물질을 둘러싼 오랜 논란을 검증할 수 있는 길을 열었다.

고려대는 6일 암흑물질 검출 실험설비를 독자적으로 개발해 암흑물질의 유력한 후보로 알려져 왔던 윔프(WIMP) 입자가 남긴 유일한 흔적을 반박할 데이터를 확보하는데 성공했다.

과학기술정보통신부와 고려대는 이번 연구성과가 6일 네이처지 온라인 판에 게재되었다고 밝혔다. 우주의 26.8%를 차지할 것으로 추정되는 암흑물질은 아직까지 그 존재가 규명되지 않았다.

암흑물질의 발견이 곧 노벨상 수상으로 여겨질 정도로 학계의 관심이 매우 높다. 이탈리아 그랑사소 지하 1400 미터에서 수행한 다마(DAMA) 실험은, 암흑물질의 흔적을 찾았다고 유일하게 주장했다. 실험팀이 주장하는 암흑물질 윔프의 신호는 다른 연구팀에 의해 검증된 적이 없어, 다마 팀이 관측한 신호가 정말 암흑물질인지에 대한 논란이 이어지고 있다.

고려대학교 가속기과학과 및 IBS 지하실험 연구단은 강원도 양양에 위치한 지하 700m 깊이의 실험실에서 2016년부터 다마 팀의 실험을 검증하기 위한 코사인-100 실험을 시작했다.

코사인-100 실험이란 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 59.5일간 확보한 데이터를 분석한 결과를 토대로 쓰였다.

연구진의 코사인-100 실험 초기실험에서 확보한 데이터는 다마 팀이 발견한 신호가 암흑물질에 기인하지 않을 수 있다는 가능성을 제시했다.

고려대 가속기과학과 박향규 교수 및 기초과학연구원 이현수 부연구단장은 “암흑물질의 발견은 우리가 알고 있는 모든 물리지식에 영향을 줄 놀라운 사건”이라며 “다마 실험을 완벽히 재현할 검출기를 자체 개발해서, 독립적인 실험을 시작했다는 것 자체가 학계에서 주목 받았다”고 말했다.

또한, 연구진은 향후 추가 데이터를 확보해 5년 내 다마 팀의 주장을 완벽히 검증 혹은 반박할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

세종=윤소 기자 yso6649@viva100.com