우주의 비밀을 품은 암흑물질과 중성미자 연구를 위해 한국과 이탈리아가 손을 맞잡았다. 기초과학연구원(IBS, 원장 노도영)과 이탈리아 국립핵물리연구소(National Institute for Nuclear Physics, INFN) 산하 그란사소 국립연구소(Gran Sasso Laboratory, LNGS)가 공동 설립한 ‘IBS-INFN 중성미자 암흑물질 센터’가 공식 출범한다. 개소식은 30일(목) IBS 본원에서 열리며, 양 기관 주요 관계자와 국내외 연구진이 참석해 연구센터의 비전과 연구 로드맵을 공유할 예정이다.

암흑물질(dark matter)¹⁾은 우주 전체 질량·에너지의 약 27%를 차지하지만, 그 성질과 상호작용은 여전히 확인되지 않았다. 물질과 거의 반응하지 않아 ‘유령 입자(ghost particle)’로 불리는 중성미자(neutrino)²⁾ 역시 미지의 영역에 남아있다. 우주의 기원과 진화를 이해하기 위해 반드시 규명돼야 할 물리학의 두 가지 난제를 풀기 위해, 세계 각국은 우주 방사선을 차단한 지하 깊은 곳에서 희귀 입자 신호를 정밀하게 탐지하고 있다.

이탈리아 기초과학 분야를 대표하는 그란사소 연구소는 세계 최대 규모를 자랑하는 지하실험시설이다. 다수의 국제 프로젝트를 통해 중성미자 진동 실험과 암흑물질 탐색 분야에서 선도적 성과를 거두며, 지하입자물리 연구를 이끌어왔다. IBS 지하실험 연구단(단장 김영덕)은 국내 유일의 고심도 지하실험시설인 강원도 정선의 예미랩을 기반으로 암흑물질 및 중성미자 탐색 연구를 선도해왔다. 특히 최근 그란사소 연구소의 대표 암흑물질 탐색실험인 ‘다마(DAMA/LIBRA)’ 연구 결과를 반증하며, 암흑물질 연구의 새로운 방향을 제시했다. 양 기관은 그간 경쟁으로 다져온 연구 역량을 바탕으로 공동연구센터를 설립해 본격적인 협력 체계를 구축한다.

IBS-INFN 센터는 김영덕 단장과 에치오 프레비탈리(Ezio Previtalli) 그란사소 연구소장이 공동 책임자를 맡아 대등한 체계로 운영된다. 양 기관은 매년 각각 5억 원의 연구비를 매칭 펀드로 출연하며, 5년간의 초기 운영 후 평가를 거쳐 최대 10년까지 지속된다. 이번 협력은 IBS가 운영 중인 ‘글로벌 협력연구센터³⁾’ 프로그램을 통해 추진됐으며, 세계적 연구기관과의 지속 가능한 협력 체계를 구축한 대표 사례다.

IBS-INFN 센터는 암흑물질 탐색과 중성미자 없는 이중베타붕괴 연구를 위한 핵심 소재 및 검출 기술 공동 개발을 목표로 한다. IBS 예미랩의 ‘코사인(COSINE-100U)’ 연구그룹이 요오드화나트륨(Nal) 결정 정제를, 그란사소 연구소의 ‘사브르(SABRE)’ 그룹은 결정 성장과 방사능 측정을 담당해 세계 최고 수준의 저방사능 결정을 확보할 예정이다. 이를 기반으로 탐지 감도를 높인 차세대 검출 기술을 개발하고, 중성미자 및 이중베타붕괴 실험으로 연구를 이어갈 계획이다.

노도영 IBS 원장은 “지하 깊은 곳에서 우주의 기원을 향해 나아가는 이번 협력은 기초과학의 본질이 ‘경쟁이 아닌 협력’임을 보여주는 상징적 사례”라며, “IBS가 세계 과학 무대에서 대등한 파트너십으로 국제협력을 주도하게 되어 뜻깊다”라고 말했다.

김영덕 단장은 “한국의 예미랩과 이탈리아의 그란사소 연구소가 힘을 합쳐 우주의 구조와 진화를 규명하기 위한 실험 정밀도를 높여나갈 것”이라며, “연구인력 교류와 공동 기술 개발을 통해 차세대 과학자를 양성하고 국제 연구 역량을 함께 강화해 나가겠다”라고 밝혔다.

한편, 30일 개소식에는 노도영 IBS 원장, 김영덕 지하실험 연구단장, 알도 이안니(Aldo Ianni) 그란사소 연구소 국제협력 책임자, 주한 이탈리아 대사관 관계자 등 주요 인사와 양 기관 연구진이 참석한다. 행사는 IBS-INFN 센터 비전 발표를 중심으로 진행되며, 양 기관 협력의 과학적·제도적 의의를 공유하는 자리로 마련될 예정이다.

[사진1] 30일(목) 기초과학연구원(IBS) 과학문화센터에서 ‘IBS-INFN 중성미자 암흑물질 센터’ 개소식이 개최됐다. 행사에 참석한 IBS 관계자 및 이탈리아 국립핵물리연구소 산하 그란사소 국립연구소 대표단이 기념 촬영을 하고 있다. 왼쪽부터 김영덕 지하실험 연구단장, 노도영 IBS 원장, 알도 이안니 그란사소 연구소 국제협력 책임자, 마씨모 파세라 주한 이탈리안 대사관 과학참사관.

[사진2] 30일(목) 기초과학연구원(IBS) 과학문화센터에서 ‘IBS-INFN 중성미자 암흑물질 센터’ 개소식이 개최됐다. 행사에 참석한 IBS 관계자 및 이탈리아 국립핵물리연구소 산하 그란사소 국립연구소 대표단이 기념 촬영을 하고 있다.

[사진3] 30일(목) 기초과학연구원(IBS) 과학문화센터에서 ‘IBS-INFN 중성미자 암흑물질 센터’ 개소식이 개최됐다. 김영덕 지하실험 연구단장이 센터의 비전에 대해 발표하고 있다.

[사진4] 30일(목) 기초과학연구원(IBS) 과학문화센터에서 ‘IBS-INFN 중성미자 암흑물질 센터’ 개소식이 개최됐다. 알도 이안니 박사(그란사소 연구소 국제협력 책임자)가 취재진 질문에 답변하고 있다.

1) 암흑물질(Dark Matter) : 빛을 내거나 반사하지 않아 보이지 않지만, 중력의 영향으로 존재가 확인되는 물질. 우주 전체 질량, 에너지의 약 27%를 차지하며, 정체는 아직 규명되지 않았다. 대표 후보로는 WIMP, 액시온 등이 거론되며, 지하실험실에서 배경 방사능을 줄이고 매우 미약한 신호를 찾는 방식으로 직접 검출을 시도한다.

2) 중성미자(Neutrino) : 전하가 없고 질량이 매우 작은 기본 입자로, 물질과 거의 반응하지 않아 ‘유령 입자(ghost particle)’라고도 불린다. 중성미자의 성질은 우주의 형성·진화와 물질-반물질 불균형의 원인을 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다.

3) 글로벌 협력연구센터 : IBS가 세계적 연구기관과의 지속적인 국제공동연구 기반 강화를 위해 운영하는 국제공동연구센터. 매칭 펀드를 기반으로 한 '글로벌 연구센터'와 협력연구실 형태의 '글로벌 파트너랩‘으로 구분된다. 현재 IBS-INFN 중성미자 암흑물질 센터를 비롯해 ▲나노의학 연구단(천진우 단장)-MPI 의학연구소(독일), ▲유전체 항상성 연구단(명경재 단장)-하버드대 어린이 병원(미국), ▲이차원 양자 헤테로구조체 연구단(신현석 단장)-케임브리지 캐번디시 연구소 등(영국), ▲첨단 반응동역학 연구단(이효철 단장)-폴 셰러 연구소(스위스) 등 총 5개 글로벌 협력연구센터를 구축·운영중이다.