[한국 과학기술 1번지] 세계적 난제 해결 앞장, 기초과학 연구 중추 IBS

베일에 싸인 우주 근원·원소 기원 연구 주력
예미랩·중이온가속기 등 대형 연구 시설 구축

강원도 정선군 신동읍 예미산에 구축된 지하 1000m 실험실 '예미랩'. 사진=IBS 제공

넓고 광활한 우주는 인류에겐 아직도 수수께끼 같은 존재다. 특히 우주의 일부분을 차지하는 암흑물질은 우주에 널리 퍼져 있지만 만질 수도 없고, 관측되지도 않아 베일에 싸여 있다. 기초과학연구원(IBS)은 인류가 풀어야 할 세계적 난제인 우주의 기원을 밝히기 위해 연구에 몰두하고 있다.

지난해에는 국내 땅속 1000m 깊이에 '예미랩'을 준공해 우주의 근원을 연구 중이다. 예미랩은 강원도 정선군 신동읍 예미산 한덕철광 부지에 위치해 있으며, 전용 면적은 총 3000㎡ 규모다. 면적만 놓고 볼 때 세계 6위 수준에 달하고, 10개 이상의 독립적 실험이 가능하다.

연구팀은 우주의 26.8%를 차지하지만 아직 정체를 드러내지 않은 암흑물질에 주목하고 있다. 순수한 NaI(아이오딘화나트륨) 결정을 이용한 검출기를 활용, 지구로 날아온 암흑물질과 검출기의 원자핵이 충돌하는 과정에서 암흑물질의 흔적을 탐색하는 게 목표다.

코사인 검출기. 사진=IBS 제공

현재 우주를 생성할 수 있게 한 '중성미자'의 성질을 규명하는 데에도 집중한다. 이를 위해 '마요라나 페르미온' 입자 여부를 확인하는 연구에 주력하고 있다. 마요라나 페르미온은 이탈리아의 물리학자 마요라나가 1937년 발표한 입자로, 발표 이후 80년이 지난 현재까지 관측되지 않고 있다.

빅뱅 직후 우주에서 물질과 반물질이 함께 만들어졌지만, 어떻게 물질만 비대칭적으로 남아 현재의 우주를 구성했는지는 밝혀지지 않았다. 중성미자 성질 규명은 현재의 우주가 어떻게 구성됐는지 설명할 수 있는 핵심 열쇠다.

암흑물질과 중성미자가 내는 신호는 포착하기 매우 어렵기 때문에 배경잡음(우주선 등)을 최대한 줄일 수 있는 연구 환경이 필수적이다. IBS가 구축한 고심도 지하 연구시설 예미랩은 지표면 대비 약 100만분의 1 수준으로 방해 신호를 줄일 수 있어 실험에 유리하다.

라온(RAON). 사진=IBS 제공

IBS는 이 외에도 중이온가속기 라온(RAON)을 구축해 원소의 기원, 즉 우주 근원을 밝히는 데도 주력하고 있다.

중이온가속기는 중이온(우라늄 등의 무거운 이온)을 빠르게 가속한 후 표적 물질에 충돌시켜 기존에 발견되지 않았거나 자연 상태에서 존재하지 않는 다양한 희귀동위원소를 생성하고 그 특성을 연구하는 대형 연구시설이다. 대전 유성구에 위치한 라온은 축구장 130개 크기로, 현재까지 국내에서 건설된 연구시설 중 최대 규모를 자랑한다.

지난해 12월에는 저에너지 전단부 가속구간 빔 인출 시험을 성공하는 등 빔 시운전을 순조롭게 진행하고 있다. IBS는 내년부터 본격적인 장치이용 서비스를 제공할 계획이다.

저에너지 구간 초전도 가속장치. 사진=IBS 제공