"신의 입자 '힉스'가 5%의 보이는 우주 안에 있는 물질이라면, 우주에 분명히 존재하고 있지만 밝혀지지 않은 95%의 정체를 찾아내는 것이 우리가 하는 일입니다." 19일 저녁 대전 대덕특구 취재진이 강원 양양군 양수발전소 내에 있는 IBS(기초과학연구원) 암흑물질 연구단 지하실험실을 찾았다.
점봉산 자락 지하 700ｍ 아래에 있는 양수 발전소에서 실험실로 향하는 터널 안은 매캐한 공기로 가득 차 있어 숨쉬기조차 힘들었다.
연구단 관계자는 "낮에는 버스를 이용하지만 가끔 도보로 이동할 때도 있다"면서 "터널 안이 라돈으로 가득 차 있어 실내 공기는 좋지 않은 편"이라고 말했다.
입구에서 1㎞가량 터널 안을 걸어 들어가자 마침내 20여㎡ 남짓한 규모의 실험실이 나타났다.
김영덕 단장이 이끄는 연구단은 우주 질량의 대부분을 차지하고 있지만 중력 효과 이외에는 관측이 되지 않는 '암흑물질(Dark Matter)'을 연구하고 있다.
우리 눈에 보이는 우주와는 거의 상호작용을 하지 않기 때문에 그 존재를 증명하기 어렵다.
김 단장은 "이론적으로 우주는 보이는 질량보다 네 배 더 많은 물질이 있어야설명이 가능하다"면서 "가속기가 보이는 우주를 연구하는 것이라면, 보이지 않는 암흑물질을 찾아내는 것이 우리가 하는 연구"라고 말했다.
미국 사우스다코타주 홈스테이크 광산의 'LUX(럭스)', 이탈리아의 'Xenon 100(제논 100) 등 전 세계 20여곳에서 암흑물질 연구를 진행하고 있지만 현재까지 추정만 있을 뿐 실제 존재가 밝혀진 적은 없다.
김 단장은 2003년 김선기 서울대 교수(중이온가속기사업단장)와 김홍주 경북대교수와 함께 'KIMS(Korean Invisible Mass Search experiments)'를 구성해 양양 지하실험실에서 연구를 시작했다.
1년에 1회 이하밖에 일어나지 않는 암흑물질과의 충돌 반응을 잡아내기 위해 암흑물질 검출 시스템을 자체 제작했다.
크게 CSI(세슘·요오드) 결정체 12개와 중성자 탐지기, 광센서, 납, 액체 검출기 등으로 이뤄져 있다.
가로 8ｍ, 세로 8ｍ, 높이 30ｍ의 10㎏에 달하는 결정체인 CSI는 세슘과 요오드를 이용해 순수 단결정으로 만들어진다.
암흑물질이 내는 신호를 잡기 위해 세슘이 내뿜는 방사능을 모두 제거해야 할뿐만 아니라, 암흑물질로부터 나오는 희미한 빛을 탐지하기 위해 투명도를 최대한높여야 하는 등 기술적 어려움 때문에 CSI를 이용하는 실험실은 많지 않다.
초속 250km로 공전하는 CSI가 암흑물질과 반응하는 '기적의 순간'이 발생하면 CSI에 부착된 광센서가 반응해 이를 디지털 신호로 변환해주게 된다.
양성자, 중성자, 감마선, 엑스레이, 마이크로웨이브 등 보이는 우주가 내는 신호를 모두 없애야 순수한 암흑물질 신호를 얻을 수 있다.
이를 위해 암흑물질과 비슷한 중성자 신호를 잡기 위한 NMD(Neutron Monitor Detector·중성자 탐지기), 방사능을 막을 수 있는 납, 우주선(muon·우주선)을 탐지하는 액체 검출기 등으로 CSI 주위를 이중, 삼중으로 차폐하게 된다.
김 단장이 참여한 KIMS 연구팀은 이탈리아의 DAMA 실험팀이 관측했다고 주장한암흑물질 후보인 윔프(WIMP) 입자 신호가 실제 윔프가 아니라는 것을 증명해 2007년8월 물리학분야의 최고 권위지 '피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 연구 성과가 실리기도 했다.
하지만 '모래밭에서 바늘 찾기'보다 어려운 연구의 특성 때문에 한때 연구비 지원이 중단될 위기에 놓이기도 했다.
송충한 IBS 정책기획본부장은 "터널 내 라돈 저감시설도 없는 등 해외 암흑물질연구시설에 비하면 일개 랩(실험실)에 가까운 수준"이라면서 "장기적으로는 산을 하나 물색해 터널을 뚫어 실험시설을 구축하는 것이 목표"라고 말했다.
기초과학을 키워 노벨상을 받는 과학자를 배출한다는 취지로 출발한 IBS.
노벨물리학상을 받은 '힉스' 같은 과학자가 한국에서 나오려면 기초과학에 대한과감한 투자가 중요하다고 이들 전문가들은 입을 모았다.
jyoung@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>
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