국내 연구진이 암흑물질 후보인 '비활성 중성미자' 검출 실험을 거듭, 그동안 유력하게 존재할 것으로 예상해 온 영역에 존재하지 않는다는 것을 입증했다.
기초과학연구원(IBS·원장 김두철)은 오유민 지하실험 연구단 연구위원팀이 단거리 중성미자 진동 실험을 지속한 결과 그동안 유력하게 추정돼 온 비활성 중성미자 발견 예상 영역에 비활성 중성미자가 존재하지 않는다는 사실을 확인, 비활성 중성미자 검출 범위를 좁히는 성과를 올렸다고 21일 밝혔다.
비활성 중성미자는 기존 중성자보다 질량이 무거워 우주 질량 80%를 차지하는 '암흑물질' 후보로 꼽힌다. 20여년 동안의 분석과 실험에서 실체를 확인하지 못했다.
비활성 중성미자 검출에는 중성미자 진동을 측정하는 '단거리 중성미자 진동실험(NEOS)'을 이용한다. 원자로에서 생성되는 전자중성미자 에너지 스펙트럼을 24m 거리에서 측정한다. 스펙트럼과 진동 정도로 비활성 중성미자의 변환 여부를 가려낸다.
연구팀은 영광 한빛 원자력발전소에서 10개월 동안 비활성 중성미자 검출 실험을 했다. 검출 확률이 가장 높은 섞임각(진동상수) 0.1, 2.3제곱일렉트론볼트(eV²) 에너지 영역도 실험에 포함, 비활성 중성미자가 존재하지 않음을 확인했다. 학계는 지금까지 섞임각 0.1, 1~3eV² 에너지 영역에서 비활성 중성미자가 발견될 것으로 예측해 왔다.
연구팀은 1eV²인 영역 안에서는 비활성 활성미자를 발견할 수 없다고 공언했다. 제외 영역의 신뢰도는 90%다.
연구팀은 4~6메가일렉트론볼트(MeV) 영역에서 이론적 계산 값과 실험 예측 값이 차이를 보이는 사실도 확인했다. 24m 단거리 실험에서는 첫 사례다. 지금까지의 학계 이론 연구에 보완이 필요하다는 증거를 제시했다.
오유민 연구위원은 “새로운 비활성 중성미자 검출 영역 경계를 제안하고 기존의 이론 연구 오류를 실험으로 확인했다”면서 “앞으로 원자로를 활용한 중성미자 진동 실험에 참고 데이터가 될 것”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
