IBS, 중성미자 실험 원천 후보 새롭게 도출

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연구에 사용된 12종 결정섬광체의 샘플 사진
<연구에 사용된 12종 결정섬광체의 샘플 사진>

대규모 중성미자 실헝 원천이 될 새로운 결정 후보가 개발됐다.

기초과학연구원(IBS·원장 노도영)은 김영덕 지하실험연구단장과 김홍주 경북대 교수를 비롯한 국제 공동연구진이 중성미자를 방출하는 결정들을 4년 간 개발·시험한 끝에 다이소듐몰리브데이트 등 4개를 1차 선정했다. 최종 선정된 결정은 향후 200㎏ 이상 만들어져, 현재 10㎏ 가량의 결정을 사용하는 전 세계 경쟁그룹 중 가장 큰 규모의 중성미자 실험이 될 것으로 예상된다.

중성미자는 우주를 이루는 기본입자들 중 가장 가벼운 입자로 다른 물질과 거의 반응하지 않는다. 매초 700억 개의 중성미자가 엄지손가락을 뚫고 지나가지만 우리는 전혀 느낄 수 없다. 이처럼 관측이 힘들기 때문에 '유령입자'로 불리며 입자물리학의 수수께끼로 남아있다.

연구진은 앞서 2015년부터 2018년까지 무게 1.9k㎏의 칼슘몰리브데이트결정으로 강원도 양양에서 파일럿 실험을 진행했다.

이번 연구에서는 먼저 기존 칼슘몰리브데이트 결정의 문제점을 해결할 여러 결정들을 성장시켰다. 칼슘몰리브데이트 결정은 방출하는 빛이 많아 데이터를 얻는 데 유리하지만, 잡음이 발생한다. 연구진은 기존에 연구되지 않았던 결정들의 여러 화학적 단계를 연구해 리튬, 세슘, 나트륨이 든 새로운 몰리브데이트 결정 8개를 성장시키고, 기존 국제공동연구로 성장시켰던 아연, 납 함유 결정 4개와 함께 테스트를 진행했다.

이 결과로 다이소듐몰리브데이트가 가장 적합함을 확인하고, 이를 비롯한 4개 결정을 1차 후보로 선정했다. 결정을 연구, 개발 및 성장하는 데 2년, 특성 시험에 2년이 걸렸다. 실험에 사용할 결정은 극저온 시험을 거쳐 앞으로 1-2년 후에 최종 선정될 것으로 예상된다.

향후 선택된 결정 200kg는 강원도 정선에서 2021년 착수할 2단계 실험에 약 5년 동안 사용된다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com