IBS, 암흑물질 검증 신뢰도 68%로 높여…3년 내 검증 가능

암흑물질 후보 검증 반환점 돌았다

양양 지하실험실

[아시아경제 김철현 기자] 기초과학연구원(IBS, 김두철) 지하실험 연구단이 주도하는 국제공동연구진이 우주의 약 27%를 차지하는 것으로 추정되는 암흑물질의 수수께끼를 푸는 데 한 발 더 다가섰다. 암흑물질 후보의 연간 신호를 분석하고 검증 신뢰도를 68.3%로 높여, 3년 안에 검증이 가능할 것으로 내다보고 있다.

기초과학연구원 지하실험 연구단은 22일 강원도 양양에서 암흑물질 관측 재현에 착수한 이후 2년 간의 데이터 분석을 내놓으며 이 같이 밝혔다. 이번 분석 결과는 미국 물리학회 학술지 피지컬 리뷰 레터스에 게재됐다.

지금까지 암흑물질의 흔적을 발견한 연구는 이탈리아 그랑사소 지하실험실의 '다마(DAMA)' 실험이 유일하다. 하지만 조건이 까다로워 그간 세계 유수의 연구팀도 다마 실험을 재현하는 데 실패했다. 연구진은 다마와 동일한 고순도 요오드화나트륨 결정 제작에 성공해 2016년 9월 실험을 시작했다. 이는 다마 실험과 동일한 조건에서 연간 변화하는 입자 신호를 측정, 완벽하게 검증할 수 있는 최초의 실험으로 세계의 주목을 받고 있다.

암흑물질 후보 '윔프'는 연간 입자 신호의 변화를 분석해 찾아낼 수 있다. 암흑물질로 채워진 은하를 태양계가 돌고 태양계 안을 지구가 돌면서 은하 기준으로는 지구가 태양보다 빠르거나 느리게 연중 다른 속도로 움직인다. 때문에 윔프 입자가 존재한다면 겨울에는 초속 190㎞, 여름에는 250㎞ 속도로 지구에 진입하게 되고 이 신호 패턴을 연간변조신호라고 한다. 다마 실험은 지난 1998년부터 윔프의 연간변조신호를 측정해 왔다.

연구진은 이번에 연간변조신호를 처음으로 분석해 보고했다. 그 결과 다마에서 20년간 축적한 입자 신호가 양양의 재현실험에서 관측한 신호의 오차 범위 내에 있는 것으로 나타났다. 이탈리아에서 관측한 신호가 암흑물질일 가능성을 일부 뒷받침하는 결과다. 실험을 주도한 이현수 부연구단장은 "이번 연구는 다마 실험과 동일한 고순도 결정 검출기에서 데이터를 얻어, 동일한 분석방법을 적용한 최초의 실험이라는 데 의미가 있다"며 "완벽한 검증까지 3년이 걸릴 것으로 보이는데 그 과정에서 추가로 얻는 신호와 분석 방식에 따라 앞으로도 다마를 뒷받침하거나 반박하는 해석이 나올 것"이라고 말했다.

연구진은 이 추세라면 3년 안에 데이터 신뢰도 99.7%를 달성해, 다마 실험을 완벽하게 검증할 수 있을 것으로 예상하고 있다. 만약 3년 뒤 다마와 최종적으로 다른 관측을 한다면 다마팀이 관측한 것은 윔프가 아니라는 얘기가 된다. 이 경우 다마가 관측한 신호가 무엇인지를 알아내는 것까지가 연구팀의 목표다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr