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[IT뉴스]“보이지 않는 우주, 함께 본다”… IBS·INFN, 암흑물질·중성미자 국제센터 출범

온카뱅크관리자

2025-10-30 14:17:30

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 기초과학연구원(IBS)과 이탈리아 국립핵물리연구소(INFN) 산하 그란사소 국립연구소가 공동으로 ‘IBS-INFN 중성미자 암흑물질 센터’를 설립했다. IBS 제공
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 한국과 이탈리아가 우주의 미지 입자를 함께 추적한다.
 기초과학연구원(IBS)은 이탈리아 국립핵물리연구소(INFN) 산하 그란사소 국립연구소와 공동으로 ‘IBS-INFN 중성미자 암흑물질 센터’를 출범했다고 30일 밝혔다. 개소식은 같은 날 대전 IBS 본원에서 열릴 예정이며 두 기관은 이번 협력을 통해 중성미자와 암흑물질 연구를 위한 국제 공동연구의 문을 연다.
 우주를 이루는 물질 중 우리가 관측할 수 있는 것은 단 5% 남짓이다. 나머지는 빛을 내지 않아 보이지 않는 암흑물질과 거의 아무것과도 반응하지 않는 중성미자가 차지한다. 암흑물질은 은하의 움직임과 중력 효과를 통해 존재가 간접적으로 확인됐지만 정체는 여전히 미스터리다. 중성미자는 전하가 없고 질량이 거의 없는 기본 입자로 물질과 반물질의 불균형 나아가 우주의 기원을 이해하는 단서를 제공한다.
 이처럼 보이지 않는 존재를 탐색하기 위해 과학자들은 우주 방사선을 차단한 지하 깊은 곳에서 실험을 수행한다. 그란사소 국립연구소는 세계 최대 규모의 지하입자물리 실험시설로 중성미자 진동 실험과 암흑물질 탐색에서 선도적인 성과를 내왔다. 
 한국의 IBS 지하실험연구단은 강원도 정선의 예미랩을 기반으로 국내 유일의 고심도 실험을 수행하며 중성미자 및 암흑물질 연구를 이끌고 있다.
 두 기관의 인연은 2014년으로 거슬러 올라간다. 2014년 첫 협정을 맺은 이후 5년마다 협력을 연장해 왔으며 가장 최근 협정은 2023년 11월부터 2028년 11월까지 유효하다. 협력의 내용은 암흑물질 탐색과 중성미자 검출 등 물리학 전반의 공동연구, 인력 교류, 정기 워크숍 개최 등으로 꾸준히 이어졌다.
 특히 IBS 예미랩의 ‘코사인(COSINE)’ 실험은 그란사소 국립연구소의 대표 암흑물질 실험인 ‘다마/리브라(DAMA/LIBRA)’의 결과를 독립적으로 검증해 보고된 주기적 신호가 재현되지 않음을 밝혔다. 연구 수행 과정에서 IBS와 INFN 연구진은 경쟁 관계를 넘어 측정 방식과 결정 정제 기술을 공유하며 협력의 기반을 마련했다. 이번 ‘IBS-INFN 중성미자 암흑물질 센터’ 출범은 두 기관이 구축한 신뢰와 기술 교류를 제도화한 성과다.
 INFN은 DAMA/LIBRA 실험을 통해 요오드화나트륨(NaI) 결정 검출기로 매년 신호 세기가 주기적으로 변하는 ‘연간 변조(annual modulation)’ 현상을 관측했다고 밝힌 바 있다. 이 신호는 암흑물질 입자 '윔프(WIMP)'가 지구와의 상대속도 변화에 따라 검출 빈도가 달라진 결과라고 주장했다. 이후 전 세계 여러 연구팀이 해당 결과의 재현 여부를 검증하는 데 나섰다. 
 IBS의 COSINE 그룹은 NaI 결정의 정제 기술을, INFN의 ‘사브르(SABRE)’ 그룹은 결정 성장과 방사능 측정을 담당한다. 두 연구소는 이 기술을 결합해 세계 최고 수준의 저방사능 결정을 확보하고 암흑물질 신호를 정밀 검출하는 차세대 검출기를 공동 개발한다. 또 중성미자 없는 이중베타붕괴 실험을 추진해 물질과 반물질의 기원을 밝히는 단서를 찾는다.
 센터는 김영덕 IBS 지하실험연구단장과 에치오 프레비탈리 INFN 그란사소 국립연구소 소장이 공동 책임자로 운영한다. IBS와 INFN이 각각 연 5억 원(약 30만 유로)을 출연한다. 초기 5년간 운영 후 평가를 거쳐 최대 10년까지 연장할 수 있다.
 노도영 IBS 원장은 “지하 깊은 곳에서 인류의 기원을 향해 나아가는 이번 협력은 기초과학의 본질이 ‘경쟁이 아닌 협력’임을 보여주는 상징적 사례”라며 “IBS가 세계 과학 무대에서 대등한 파트너십으로 국제협력을 주도하게 되어 뜻깊다”라고 말했다.
 김영덕 단장은 “한국의 예미랩과 이탈리아의 그란사소 연구소가 힘을 합쳐 우주의 구조와 진화를 규명하기 위한 실험 정밀도를 높여나갈 것”이라며 “연구 인력 교류와 공동 기술 개발을 통해 차세대 과학자를 양성하고 국제 연구 역량을 함께 강화해 나가겠다”라고 밝혔다.
 [조가현 기자 gahyun@donga.com]
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