강원도 산골의 지하 1,000m에서 ‘우주의 비밀’을 푸는 국내 유일의 실험실이 문을 열었다.

5일 정선군 신동읍 해발 500m 산골마을인 예미리에서 개소식을 가진 기초과학연구원(IBS) 지하실험연구단 '예미랩'은 세계 물리학계 과제인 암흑물질의 존재와 우주의 신비를 담은 중성미자의 특징을 연구한다. 옛 한덕철광 부지였던 정선 신동읍 예미산 지하 1,000m 깊이에 3,000㎡ 규모로 조성된 예미랩은 면적 기준으로 세계 6위급 지하 실험시설이다.

이 지하 실험시설에서는 기초과학연구원(IBS) 지하실험 연구단은 우주를 구성하고 있지만 아직까지 알려지지 않아 인류가 풀어야 할 21세기 10대 과학미스터리 중 하나인 '암흑물질(dark matter)'의 존재를 찾는다. 그중에서도 한국이 낳은 천재 물리학자 고(故) 이휘소 박사가 주장했던 암흑물질 후보인 윔프(WIMP)라는 물질이 목표다.

예미랩에서 IBS 지하실험 연구단이 수행하는 또 다른 중요한 연구는 중성미자(neutrino)의 질량 등 성질 규명이다. 중성미자는 질량이 아주 작고 전기적으로 중성인 입자를 말하며, 아직 밝혀지지 않은 부분이 많다.

물리학계는 우주의 신비를 알아내기 위해 우선적으로 풀어야 할 과제로 암흑물질의 존재와 중성미자의 특징을 밝히는 것을 꼽고 있다. 특히 암흑물질과 중성미자가 내는 신호는 포착하기 상당히 어려워 배경잡음을 최대한 줄일 수 있는 연구 환경이 필수적이며, 예미랩은 이 같은 조건을 완벽하게 갖췄다.

IBS는 지금까지 강원도 양양군 지하 700ｍ에 위치한 300㎡ 규모의 지하실험실에서 연구해왔지만, 연구시설의 깊이와 규모 모두 제대로 된 연구를 하기에는 한계가 있었다.

지하실험연구단은 올 연말까지 양양 지하실험시설의 장비를 예미랩으로 옮겨와 ‘중성미자 미방출 이중베타붕괴(AMoRE-II) 연구’와 ‘암흑물질탐색(COSINE-200) 연구’ 등 우주의 근원을 탐구하는 본격적인 연구에 돌입할 예정이다.

암흑물질은 우주의 26.8%를 차지, 일반 물질을 다 합한 것보다 5배 이상 많으면서도 현재까지 관측된 적 없지만, IBS 지하실험연구단은 암흑물질의 유력한 후보로 알려진 윔프(WIMP) 입자에 대한 연구 성과를 2018년 네이처에 게재하며 세계 물리학계의 주목을 받았다.

(미니해설)암흑물질=우주를 구성하고 있는 것으로 추정되는 아직 알려지지 않은 물질을 말한다. 과학자들은 인류가 알고 있는 우주는 전체 우주의 4%에 불과하고 나머지 96%는 암흑에너지와 암흑에너지로 이뤄져 있다고 추정하고 있다.

중성미자=우주를 구성하는 가장 근본입자 중 하나로 약력과 중력에만 반응하며 너무 작아 아직 질량을 측정하지 못하고 있다.