예미에서 암흑물질 우주의 비밀 밝힌다

기초과학연구원 ‘예미랩’ 준공

과학기술정보통신부(이하 ‘과기정통부’, 장관 이종호)와 기초과학연구원(이하 ‘IBS’, 원장 노도영)은 5일 신동읍 예미랩 지상연구실에서 예미랩 준공식을 개최했다.

예미랩 준공식은 오태석 과기정통부 제1차관, 이철규 국민의힘 의원, 김진태 강원도지사, 최승준 군수, 노도영 원장, 유관기관‧학계 인사, 지역주민 등 150여 명이 참석한 가운데 유공자 표창, 감사패 증정, 예미랩 구축 경과보고, 현판식, 지하실험실 현장 소개 등의 순으로 진행됐다.

예미랩은 신동읍 예미산 지하 1000m에 위치한 고심도 지하실험시설로 2020년 8월 1단계 지하터널 공사 완공을 시작으로 올해 9월까지 이어진 차세대 대용량 검출기 인프라 구축 공사와 지상연구실 리모델링을 완료했다.

약 3000㎡ 면적의 세계 6위급(면적 기준) 지하실험시설이 구축돼 본격적으로 암흑물질 탐색에 박차를 가할 수 있게 됐다. 

암흑물질의 존재와 중성미자의 특징을 밝히는 연구는 세계 물리학계에서 우선적으로 풀어야 할 과제로 꼽고 있다. 암흑물질과 중성미자가 내는 신호는 포착하기 매우 어렵기 때문에 배경잡음(우주선 등)을 최대한 줄일 수 있는 연구 환경이 필수적이다. 이 때문에 세계적 연구그룹들은 경쟁적으로 지하 깊은 곳에 연구시설을 구축해 연구를 진행하고 있다.    

지하실험 연구단은 현재 강원도 양양군에 있는 지하 700m 아래 300m2 규모 양양실험실에서 실험을 해왔으나, 연구시설의 깊이와 크기 모두 한계에 다다랐다. 예미랩이 완공됨에 따라 2023년부터 양양실험실의 실험장비를 이전해 중성미자 미방출 이중베타붕괴(AMoRE-II) 연구와 암흑물질탐색(COSINE-200) 연구 등 우주의 근원을 탐구하는 연구를 본격적으로 수행할 예정이다.

AMoRE-II실험은 몰리브덴을 이용해 중성미자 물리적 특성을 규명하는 연구로, 양양에서 수행된 AMoRE-1 실험에 이어 예미랩에서는 몰리브덴 결정 크기를 기존 6kg에서 200kg까지 키워 진행할 예정이다.

COSINE-200은 우주의 26.8%를 차지하지만, 현재까지 관측된 적 없는 암흑물질을 탐색하는 연구이다. 암흑물질의 유력한 후보로 알려진 웜프(WIMP) 입자에 대한 연구 성과를 2018년 네이처에 게재해 세계 물리학계 주목을 받은 바 있다. 

이외에도 지하실험 연구단은 타기관과 예미랩을 공동 활용할 계획이며, 기상청은 국가 지진 관측망 구축과 지진관측장비 성능검증을 위한 실험실을 조성 중이며, 한국지질자원연구원은 심부 암반의 거동연구, 지하공간의 특성 평가와 모니터링, 안정성 연구 등을 위해 예미랩을 활용하고 있다. 

또한 국가수리과학연구소, 경북대학교, 한국원자력연구원, 한국표준과학연구원, 미국 중성미자 연구그룹(IsoDAR) 등에서도 공동 활용을 추진 중이다.