▲ 2019년 가을 완공목표인 우주입자연구시설의 조감도. 정선군에 위치한 한덕철광 광산 내 조성될 연구시설 외에도 지상연구실과 연구인력을 위한 숙소시설도 건설될 예정이다..

국내 연구진이 암흑물질 발견과 중성미자의 질량과 성질 규명에 더 가까이 다가갈 수 있게 됐다.

기초과학연구원(IBS)은 지하실험 연구단(단장 김영덕)이 강원도 정선군 한덕철광 지하 1,100m에 약 2,000m²규모의 우주입자연구시설을 2019년까지 구축하고 2020년 본격적인 실험에 나설 것이라고 지난 16일 밝혔다. 연구시설 조성에는 210억원이 투입된다.

정체를 드러내지 않는 암흑물질의 발견과 유령입자로 불리는 중성미자는 현대 물리학의 최대 과제로 손꼽힌다. 암흑물질 검출과 중성미자 질량 측정은 우주의 기원과 물질의 존재를 이해하는데 관건이다.

암흑물질과 중성미자가 내는 신호는 매우 포착하기 어렵다. 때문에 실험 환경에서 배경잡음(우주선 등)을 최대한 줄여야 한다. 주변이 조용해야 미세한 소리를 들을 수 있는 원리로 전 세계 과학자들이 경쟁적으로 지하 깊은 곳에 검출장치를 설치하고 있다.

2015년 노벨물리학상을 수상한 가지타 다카아키 일본 도쿄대 교수는 거대한 실험장치 '슈퍼-카미오칸데'를 폐광 지하 1,000m 아래 설치해 중성미자 진동현상을 관측했다.

연구단이 연구시설과 새 장비를 모두 갖추면, 중성미자 질량 검출 수준(민감도)는 약20meV(meV, 밀리전자볼트)로 크게 향상된다.

현재 양양 실험실에서 수행하고 있는 초기단계 실험의 검출 수준은 약 200meV 정도며 중성미자 질량은 측정이 어려울 만큼 작기 때문에 검출 질량의 수준을 낮추어야 측정 가능성이 높아진다. 현재 세계 최고 수준 민감도가 100meV 정도다. 암흑물질의 경우 배경잡음인 우주선이 5배 이상 차단될 것으로 예상된다. 잡음이 적으면 그만큼 암흑물질의 신호를 발견할 확률이 높아진다.

연구단은 새 연구시설이 구축되면 세계적 연구그룹과 경쟁할 만한 연구 환경이 조성될 것으로 전망하고 있다. 연구시설에는 IBS의 실험장비 뿐 아니라 타 연구기관들의 장비들도 설치될 예정이어서 국내외 협업이 크게 확대될 것으로 기대된다.

김영덕 연구단장은 “우주입자연구시설이 완공되면 천체입자물리학 분야가 한 단계 도약하고, 세계적인 연구 성과를 창출할 수 있을 것”이라며 “연구단은 지역사회 과학 발전을 위해서도 노력할 것”이라고 말했다.

한편, IBS은 우주입자연구시설 구축을 위해 정선군(군수 전정환), 한덕철광(대표 김명주)과 17일 강원도 정선군청에서 업무협력 협정(MOU)을 체결한다.