中, 땅속 700m에 ‘유령입자 관측소’… 열차 타고 내려가는데만 15분 걸려

‘장먼 중성미자 관측소’ 가보니
우주생성 비밀 풀 직경 35m 장비
10년간 5600억원 투입해 설치
“美-日-유럽과 경쟁 앞서갈 것”

18일 중국 광둥성 장먼에서 중국과학원 관계자들이 ‘주노’의 작동 원리를 각국 취재진에게 설명하고 있다. 장먼=김철중 특파원 tnf@donga.com

“중성미자의 질량 차이를 학계의 기존 연구보다 1.5∼1.8배 더 정밀하게 측정하는 데 성공했다.”

18일 중국 광둥성 장먼의 ‘장먼 지하 중성미자 관측소(JUNO·주노)’를 찾았다. 차오쥔(曹駿) 주노 부대변인은 동아일보, 일본 공영 NHK방송과 교도통신, 러시아 국영매체 러시아투데이(RT) 등 각국 언론에 주노의 최신 연구 성과를 공개하며 “중국이 우주 및 물리 이론의 연구에서 세계 선두에 설 것”이라고 자신했다.

중성미자는 질량이 매우 작고 전하를 띠지 않아 일반 물질과 거의 반응하지 않는다. ‘유령 입자’로 불릴 만큼 관측 또한 어렵다. 빅뱅(Big Bang·우주대폭발) 이후 우주 전체에 퍼져 별 내부의 핵반응, 초신성 폭발 등 다양한 현상을 일으킨 것으로 알려졌다. 중국은 우주의 생성 비밀을 담고 있다고 평가받는 이 중성미자의 연구에서도 주목할 만한 성과를 내고 있다.

중국 최신식 중성미자 검출 기기 ‘주노’의 모습. 주노 제공

지하 700m의 관측 시설에 도달하려면 지상에서 지하 시설까지 비스듬히 1.3km 구간을 운행하는 열차를 타고 약 15분 내려가야 했다. 갱도를 따라 마련된 전기, 배수, 분석 장치실을 지나니 중앙부에 있는 핵심 관측 장비에 도착했다.

직경 35.4m 아크릴 구체 형태의 관측 장비 안에는 특수한 액체 섬광체가 가득 차 있었다. 모든 물질을 뚫고 나가는 중성미자가 이 액체를 통과할 때 미세한 빛이 발생하고, 구체 표면에 있는 수만 개의 센서가 빛을 감지하는 방식이다. 왕이핑(王貽芳) 중국과학원 원사는 “지하는 우주 및 자연 방사능의 간섭을 최대한 배제할 수 있는 곳”이라고 설명했다.

중성미자는 일반인에게 생소하지만 이를 연구한 과학자들이 총 4번 노벨 물리학상을 수상할 만큼 과학계에서는 주요 연구 분야로 꼽힌다. 과거 미국, 일본, 서유럽 등이 관련 연구를 선도했지만 최근 중국 또한 만만치 않은 성과를 내고 있다.

중국은 2008년 기존보다 더 정밀하고 규모가 큰 차세대 중성미자 관측시설을 기획했다. 2015년 착공한 뒤 10년 동안 27억 위안(약 5600억 원)을 투입해 올 8월 주노를 처음 선보였다. 차오 부대변인은 “입자물리학, 천체물리학, 그리고 우주론 등에서 제기된 난제들을 해결하고, 우주를 이해하는 데 기여하겠다”고 강조했다.

일본 또한 현재 운영 중인 중성미자 관측 기기 ‘슈퍼 가미오칸데’를 개선한 ‘하이퍼 가미오칸데’를 2027년 중 선보이겠다는 뜻을 밝혔다. 미국은 주노보다 더 큰 규모로 설계한 대형 검출기 ‘듄(DUNE)’을 2030년 이후 가동하기로 했다.

장먼=김철중 특파원 tnf@donga.com