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[IT뉴스]“암흑물질 비밀 풀리나” 韓 연구진, ‘액시온’ 후보물질 검증 진전

온카뱅크관리자

2026-07-13 13:47:33

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> - IBS, 1.036 GHz 액시온 후보 신호 독립 검증 
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 <img alt="주파수 튜닝 구조를 포함한 다중 셀 공진기.[IBS 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/13/ned/20260713134157447nkwv.jpg" data-org-width="860" dmcf-mid="7XJOewkLXG" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/13/ned/20260713134157447nkwv.jpg" width="658">
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 주파수 튜닝 구조를 포함한 다중 셀 공진기.[IBS 제공]
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 [헤럴드경제=구본혁 기자] 우주의 비밀을 밝히기 위한 암흑물질 ‘액시온’ 탐색 연구가 한단계 큰 진전을 이뤘다.
 기초과학연구원(IBS) 암흑물질 액시온 그룹 윤성우 CI 연구팀은 액시온 후보 신호를 독립적인 실험 장치와 고감도 재탐색을 통해 정밀 검증하고, 나아가 세계 최고 수준의 탐색 민감도를 달성하여 액시온 탐색 영역을 확장하는데 성공했다고 13일 밝혔다.
 액시온(axion)은 물리학 이론에서 가능한 물질과 반(反) 물질의 비대칭 현상이 실제 실험에서는 나타나지 않는 이유, ‘CP 대칭성 문제’를 설명하기 위해 제안된 가설 입자다. 이 입자는 매우 가볍고 전기적으로 중성이며, 일반 물질과 거의 상호작용하지 않는 특성을 지녀 우주 질량의 약 85%를 차지하는 ‘암흑물질(dark matter)’의 유력한 후보로 꼽힌다.
 액시온이 실제 존재한다면 강한 자기장 안에서 매우 미약한 마이크로파 신호로 나타날 수 있다.
 액시온 검출을 위해서는 강한 자기장과 극저온 환경에서 공진기를 이용해 극도로 미약한 전자기 신호를 포착해야 하며, 잡음 억제와 장치를 안정적으로 운용하는 고감도 실험 기술이 요구된다.
 암흑물질 탐색 실험에서 액시온 후보 신호 관측이 곧 새로운 입자의 발견을 의미하는 것은 아니다. 장비 특성, 데이터 변동, 외부 환경 요인 등에 의해 실제 신호와 유사한 현상이 나타날 수 있다. 이 때문에 후보 신호를 독립적으로 검증하고, 동일한 조건에서 재현되는지 확인하는 과정이 필수적이다.
 IBS 연구진은 고감도 액시온 탐색 기술을 바탕으로, 기존 탐색에서 일부 측정 정보가 누락돼 분석을 보류했던 1.033~1.037 GHz 구간을 다시 분석했다. 연구진은 인접 주파수 영역의 누락 정보를 보완하고, 기존에 제외됐던 구간을 정밀하게 재분석했다. 그 결과 1.036 GHz 부근에서 액시온 후보 신호가 확인됐다. 액시온 암흑물질 신호는 이론적으로 단일 주파수가 아니라 매우 좁은 폭을 가진 스펙트럼 형태로 나타날 것으로 예측된다. 이번에 확인된 후보 신호는 단순한 데이터 변동이 아닌 통계적으로 유의미한 수준이었으며, 스펙트럼 형태 및 공진기 응답 특성이 액시온 암흑물질 신호에서 예상되는 특징과 일치해 연구진은 이를 유력한 액시온 후보 신호로 주목했다.
 연구진은 이 후보 신호의 진위를 확인하기 위해 후속 검증을 추진했다. 먼저 기존 실험 장치와는 별개의 독립 장치로 같은 주파수 대역을 다시 측정했고, 이어 후보 신호가 처음 관측된 12TB 액시온 탐색 장치에서도 재측정을 수행했다. 그러나 수개월에 걸친 검증 결과, 해당 신호는 두 장치의 반복 측정에서 모두 재현되지 않았으며, 연구진은 실제 액시온 암흑물질 신호가 아닌 일시적으로 나타난 신호라고 결론 내렸다.
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 윤성우 기초과학연구원(IBS) 암흑물질 액시온 그룹 CI.[IBS 제공]
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 연구진은 후보 신호의 진위를 규명하는 데 그치지 않고, 해당 신호 주변 1.026~1.045 GHz 대역을 더 높은 민감도로 재탐색했다. 그 결과 해당 주파수 범위에서 액시온 암흑물질 신호는 관측되지 않았으며, 액시온이 존재할 수 있는 후보 영역을 기존보다 더욱 정밀하게 좁히는 데 성공했다.
 윤성우 CI는 “이번 연구는 단순히 액시온 후보 신호를 배제한 데 그치지 않고, 실제 암흑물질 발견 가능 신호를 어떻게 검증해야 하는지를 보여준 사례”라며 “앞으로도 고감도 탐색과 체계적인 후보 신호 검증을 병행해 액시온 암흑물질 탐색 영역을 넓혀 나갈 것”이라고 밝혔다.
 이번 연구결과는 국제학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Reivew Letters)’에 7월 11일 게재됐다.
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