[MT리포트]IBS, 암흑물질 ‘윔프 발견’ 20년 논란 잠재우다

[어둠을 쫓는 과학자]④민감도 높인 국산 검출기로 다마(DAMA) 실험 반증 데이터 확보

기초과학연구원(IBS)은 2003년부터 암흑물질을 탐색하는 ‘킴스(KIMS)’ 실험, 2016년부터는 그 후속연구인 ‘코사인(COSINE)’ 실험을 각각 진행하고 있다. 해당 연구는 지난해부터 국제학술지에 등재되며 그 성과를 인정받고 있다. IBS 지하실험연구단이 우선적으로 찾고 있는 암흑물질 입자는 ‘윔프(WIMP)’다. 윔프는 약하게 상호작용하는 무거운 입자(Weakly Interacting Massive Particle)의 줄임말.

지난해 12월, 연구단이 이끄는 ‘코사인-100 공동연구협력단’은 국제학술지 네이처에 1998년 이탈리아 그랑사소 입자물리연구소가 암흑물질을 찾기 위해 시행한 ‘다마’(DAMA) 실험 당시 포착한 신호가 윔프에 의한 것이 아닌 것으로 보인다고 밝혀 물리학계 이목을 끌었다.

연구단에 따르면 윔프 검출은 초속 수백㎞로 지구로 날아온 윔프 입자가 검출기 내 원자핵과 충돌하는 과정에서 광자를 방출하게 되는 데, 이 신호를 검출하는 방식으로 이뤄진다. 연구단은 강원도 양양 지하 700ｍ 우주입자연구시설(ARF)에서 다마 실험 검증을 위해 그들이 사용한 것과 같은 물질 및 실험법인 ‘코사인-100 실험’을 59.5일간(2016년 10월 20일~12월 29일) 실시했다.

이 같은 데이터 분석을 통해 내린 결론은 ‘다마 실험에서 주장한 윔프 신호가 발견되지 않았다’는 것. 연구진은 “만약 다마 실험에서 포착한 신호가 실제 윔프라고 가정할 경우, 이 기간에 1200번의 신호가 검출돼야 하지만, 검출기에서 이런 신호는 관측되지 않았다”고 설명했다.

이현수 IBS 지하실험연구단 부연구단장은 “코사인-100 실험은 다마 실험이 관측한 신호가 보편적인 암흑물질 모델과 일치하지 않는다는 것을 보여준 것”이라며 “20년간 세계적으로 계속돼온 윔프 발견 논란을 우리가 만든 검출기로 최종 검증했다는 데 의미가 있다”고 강조했다.