꼭꼭 숨어라~, 어랏 들킨 건가? 난 암흑물질이야. 우주를 샅샅이 뒤져도 나를 찾긴 어려워. 나는 빛을 내지도, 눈에 보이지도 않기 때문이지. 하지만 최근 내 비밀이 하나씩 밝혀지고 있어.
우주에 꼭 필요한 나, 암흑물질을 소개할게!

과학자들은 나를 찾기 위해 깊은 산속 지하 1000m 아래 실험실을 세웠어. 햇빛 한 줄기 없는 이곳은 어떤 모습일까? 승강기를 타고 지하로 내려가 보자~!

우주 방사선을 피해 지하로 내려가다

지난 2월 14일 기자는 지하 1000m 아래에 위치한 실험실에 다녀왔어요. 승강기를 타고 아래로 내려가자, 약 3분 뒤 덜컹하는 소리와 함께 지하 600m 지점에 도착했습니다. 승강기에서 내려 카트를 타고 안으로 이동하니 거대한 실험실이 모습을 드러냈어요. 바로 정선 예미랩이었지요.

정선 예미랩은 2022년 강원도 정선군에 지어진 지하 실험실로, 크기가 3000㎡에 달합니다. 우리나라에서 가장 큰 지하 실험실이자 세계에서 여섯 번째로 큰 규모예요. 예미랩에선 여러 분야의 연구가 이뤄지고 있지만, 그중에서 암흑물질을 찾기 위한 연구가 가장 활발하게 진행되고 있어요.

암흑물질은 우주에 존재하지만 보이지 않는 물질이에요. ‘암흑’이라는 단어 때문에 검은색 같아 보이지만 투명한 물질에 가까워요. 암흑물질은 신호가 약해서 지하에서 주로 존재를 찾고 있어요.

기자가 카트에서 내려 앞을 바라보자 공기가 바깥으로 드나드는 배관 두 개가 길게 뻗어 있었어요. 실험실 입구에는 소음이나 먼지를 막기 위해 방진문이 설치돼 있었지요. 그중, 암흑물질을 연구하는 실험실은 붉은빛으로 가득했어요. 암흑물질을 검출하는 기계인 ‘코사인-100U’ 때문이었어요. 기초과학연구원 소중호 연구원은 “붉은빛은 에너지가 가장 낮다”며 “외부에서 발생하는 모든 자극을 줄여 암흑물질 신호에 귀를 기울이고 있다”고 말했습니다.

이처럼 미세한 암흑물질의 신호를 찾기 위해서는 주변 환경을 철저하게 통제해야 해요. 특히, 우주 방사선은 암흑물질을 검출하는 데 방해 요소가 돼요. 우주 방사선은 우주에서 만들어져 지구로 향하는 방사선이에요.

우주 방사선이 지구의 대기와 부딪히면 ‘뮤온’이라는 아주 작은 입자가 만들어져요. 손바닥만 한 면적을 하루에도 8만 6000여 개 지나갈 만큼 뮤온은 많이 존재해요. 그런데 뮤온이 암흑물질을 검출하는 기계에 부딪히면 기계가 암흑물질 신호로 오해할 수 있어요. 그래서 예미랩은 뮤온을 피하고자 지하 깊은 곳에 지어졌지요. 소 연구원은 “예미랩에서는 하루에 뮤온이 2개 정도만 통과한다”고 설명했어요. 그러면서 “예미랩은 암흑물질을 찾기 위한 최적의 장소”라고 덧붙였습니다.

➊ 지하 연구실 승강기.

➋ 카트를 타고 약 800m를 더 이동하면 예미랩이 나온다.

휴대폰으로 실험실 내부 환경을 볼 수 있다.

➊ 코사인-100U 검출기.
➋ 실험실은 아치형으로 지어졌다.
➌ 예미랩에서 가장 큰 실험 공간. 그 앞에서 기자가 기념 촬영을 하고 있다.

인공위성에서 찍은 한반도