암흑물질 증거 찾은 이탈리아, 반박한 한국과 협력하는 이유
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11.01
IBS-이탈리아 국립핵물리연구소와 우주 미스터리 함께 푼다
김영덕 IBS 지하실험연구단장이 30일 대전 IBS 본원에서 열린 'IBS-INFN 중성미자 암흑물질 센터' 개소식에서 "과학에서는 반증이 나왔다면 왜 그런 결과가 나왔는지 반드시 확인할 필요가 있다"며 DAMA 실험 문제 해결을 위한 공동 연구 계획을 설명하고 있다. IBS 제공
한국과 이탈리아가 우주의 가장 오래된 수수께끼를 함께 풀기 위한 본격적인 여정에 나섰다. 기초과학연구원(IBS)과 이탈리아 국립핵물리연구소(INFN) 산하 그란사소 국립연구소는 30일 대전 IBS 본원에서 'IBS-INFN 중성미자 암흑물질 센터' 개소식을 열고 암흑물질과 중성미자 연구를 위한 국제 공동연구에 본격 돌입했다.
이번 센터 출범은 단순한 협력을 넘어 특별한 의미를 갖는다. 지난 25년간 암흑물질 연구의 최대 난제로 꼽혔던 '다마(DAMA) 실험' 논란의 당사자들이 처음으로 손을 맞잡았기 때문이다. 개소식에 이어 열린 공동 기자회견에서 김영덕 IBS 지하실험연구단장과 알도 이안니 INFN 그란사소 국립연구소 과학전략 및 국제협력 사무소장은 센터의 연구 비전과 협력 방안에 대해 상세히 밝혔다.
● 반증 나왔기에 함께 원인 밝혀야
센터 설립의 뿌리는 2023년으로 거슬러 올라간다. 당시 세르조 마타렐라 이탈리아 대통령의 방한을 계기로 한국과 이탈리아는 우주 및 기초과학 연구, 첨단 기술 분야에서 3개의 양해각서(MOU)를 체결했다. 그 첫 번째 결실이 2024년 대전에서 이뤄진 IBS-INFN 협정이었다.
김영덕 단장은 "국제협력을 강화하기 위해 센터 설립을 추진했는데 DAMA 실험 관련 반증 연구가 나오면서 센터에서 할 연구가 더욱 구체화됐다"고 배경을 설명했다. 그는 "과학에서는 반증이 나왔다면 왜 그런 결과가 나왔는지 반드시 확인할 필요가 있다"며 "이와 관련해 자연스럽게 역할 분담이 이뤄졌다"고 말했다.
DAMA 실험은 1998년부터 암흑물질 연구의 최대 논쟁거리였다. INFN 그란사소 국립연구소의 DAMA 연구팀은 '요오드화나트륨(NaI)' 결정 검출기로 매년 신호 세기가 주기적으로 변하는 '연간 변조' 현상을 관측했다. 이를 암흑물질 입자 '윔프(WIMP)'의 증거라고 주장했다. 하지만 전 세계 어떤 실험에서도 이 신호가 재현되지 않아 25년간 논쟁이 이어졌다.
IBS 지하실험 연구단은 이를 검증하기 위해 2016년 강원도 양양 지하실험실에서 독립적으로 코사인(COSINE) 실험을 시작했다. DAMA와 동일한 검출기를 사용해 비교 불확실성을 배제했다. 지난 9월 6년 이상 수집한 데이터 분석 결과 다마가 주장한 신호가 나타나지 않았다고 발표했다.
두 연구소는 규모와 전문성에서 뚜렷한 차이를 보인다. 김 단장은 "그란사소 국립연구소는 전 세계에서 가장 큰 지하실험실로 선도적인 위치에 있다"며 "우리는 규모는 작지만 초미량 배경방사선 제거, 초저온 검출기 기술 등 특정 분야에 집중해왔다"고 설명했다.
알도 이안니 INFN 그란사소 국립연구소 과학전략 및 국제협력 사무소장이 'IBS-INFN 중성미자 암흑물질 센터' 개소식에서 "두 기관의 깊이와 규모 차이가 오히려 시너지 효과를 낼 것"이라며 두 기관의 협력 의미를 설명하고 있다. IBS 제공
두 연구소의 물리적 환경 차이가 시너지 효과를 낼 전망이다. 이안니 사무소장은 "두 기관의 가장 큰 차이 중 하나가 연구시설의 깊이"라며 "예미랩은 지하 1km, 그란사소 국립연구소 지하실험실은 지하 1.4km로 차이가 있다"고 설명했다.
그는 "각 기관이 보유한 실험시설의 규모도가 달라 검출기의 규모도 달라진다"며 깊이 차이가 오히려 장점이 될 수 있다고 강조했다. 또 "여러 지하 실험에서 생물학 연구도 진행 중인데 이온화 방사선이 줄어드는 환경이 주변 생물에 어떤 영향을 미치는지는 우주 연구에도 도움이 된다"며 "각 연구소의 깊이가 다르다 보니 지하 깊이에 따른 효과를 비교 연구할 수 있다"고 덧붙였다.
설비 활용 최적화도 중요한 협력 분야다. 이안니 사무소장은 "예를 들어 예미랩에서 한 장치를 개발했다면 다른 시설에서 이를 보조적으로 활용할 수 있다"며 "이런 R&D 최적화가 차세대 설비 개발 프로젝트를 글로벌 차원에서 진행하는 단초가 된다"고 말했다.
이안니 사무소장은 그란사소 국립연구소의 35년 운영 경험을 강조하며 "차세대 검출기 개발뿐 아니라 지하실험실 운영, 안전 관련 사항, 재정적 측면에서도 공유할 것이 많다"고 설명했다.
특히 재정 협력의 가능성도 제시했다. 그는 "이탈리아 외교부에서 예산의 50%를 지원받고 나머지 50%는 저희 기관이 부담하는 프로그램을 함께 추진할 수 있다"며 "유럽연합이 지원하는 프로그램에도 한국이 참여할 수 있어 앞으로 많은 프로젝트를 함께 할 수 있다"고 설명했다.
● 차세대 과학자와 기술자 양성도 함께
인재 확보는 양국 모두가 직면한 과제다. 이안니 사무소장은 "한국뿐만 아니라 이탈리아를 포함한 여러 나라가 과학 분야 인재 확보에 어려움을 겪고 있다"며 "그란사소 국립연구소는 최대한 많은 기회를 학생들에게 주기 위해 노력하고 있다"고 밝혔다.
김 단장은 이번 센터가 인력 양성의 돌파구가 되길 기대했다. 그는 "중성미자, 암흑물질 센터를 준비한 연구단의 경우 여러 대학 학생들과 협력하지만 3~4년 동안 대학에서 학생들이 찾아오지 않는 행정적 어려움이 있었다"며 "센터를 통해 학생들이 장기간 그란사소 국립연구소에서 연구할 수 있는 환경을 만들고 그란사소 국립연구소 연구진도 한국에 오게 하는 등 인재 교류를 적극적으로 추진해 다양한 활동으로 과학에 흥미를 갖도록 노력하겠다"고 덧붙였다.
이안니 사무소장은 기술자 양성의 중요성도 강조했다. "연구 분야에서 연구진만 중요한 게 아니라 기술을 잘하는 것도 중요하다"며 "연구자, 엔지니어, 기술자 이 세 그룹이 손발을 잘 맞춰야 한다"고 강조했다. 그는 "차세대 기술자 배출도 차세대 연구자 배출만큼이나 중요하다"고 덧붙였다.
센터는 초기 5년간 운영되며 두 기관이 각각 연간 5억 원(약 30만 유로)을 출연한다. 평가를 거쳐 최대 10년까지 연장할 수 있다. 김영덕 단장과 에치오 프레비탈리 INFN 그란사소 국립연구소 소장이 공동 책임자로 운영한다.
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