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“관측에 성공하기만 해도 노벨상은 따 놓은 당상.”
기초과학연구원(IBS) 지하실험연구단 관계자들이 COSINE(코사인)-200과 AMoRE(아모레)Ⅱ 실험을 두고 입을 모아 하는 말이다. 두 실험은 강원도 정선 예미산 지하 1000m에 있는 고심도 지하실험시설 ‘예미랩’에서 2023년부터 본격적으로 시작한다. 목표는 암흑물질과 중성미자의 비밀을 밝히는 것. 지상의 잡음을 피해 땅속에 둥지를 튼 COSINE-200과 AMoREⅡ를 톺아봤다.
중성미자
표준모형 속 기본입자의 한 종류. 주변 물질과 거의 상호작용하지 않고, 질량이 매우 작음. 태양 등 항성에서 일어나는 핵반응이나, 방사성 붕괴 등을 통해 생성됨.
암흑물질
우주 전체 에너지-질량 분포의 27%를 차지할 것으로 예측되는 미지의 물질. 빛과 거의 상호작용하지 않으며, 질량이 있음. 윔프, 액시온 등 입자가 후보로 거론됨.
AMoREⅡ
1몰 당 1666년에 한 번,
중성미자 실종사건 잡는다
세상의 모든 물질은 크게 입자와 반입자로 나뉜다. 그런데 입자이자 반입자인 특별한 입자도 있다. 이런 입자를 ‘마요라나 페르미온’이라고 부른다. AMoREⅡ 실험은 중성미자가 마요라나 페르미온인지 알아내기 위한 실험이다. 이중베타붕괴 현상을 관찰한다. 이때 중성미자가 사라진다면, 입자이자 반입자인 중성미자 두 개가 발생하자마자 만나 사라졌기 때문이므로, 중성미자가 마요라나 페르미온임을 입증할 수 있다.
COSINE-200
우주에 퍼져 있는
암흑물질이 옷깃을 스칠 때를 포착한다
빛(전자기파)을 이용해 암흑물질을 관측하기란 어렵다. 대신 질량을 가진 암흑물질이 와서 부딪히는 현상을 잡아낼 수는 있다. 암흑물질이나 중성미자가 아니고선 도달할 수 없는 지하에 COSINE-200 검출기를 설치해뒀다. 섬광단결정체 밖에 검출기를 이중으로 둘러 암흑물질 외 입자를 걸러낸다. 그 뒤 섬광단결정체가 ‘어떤 물질’이 검출기 속 원자핵과 충돌했음을 알릴 때까지 기다린다. 암흑물질의 후보 중 하나인 윔프(WIMP)가 원자핵과 충돌한다면 빛을 감지할 수 있다.
