암흑물질 후보 '액시온' 검출 가능성 높였다

암흑물질 후보 '액시온' 검출 가능성 높였다

IBS, 액시온과 상호작용하는 '암흑광자' 제안

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 국내 연구진이 암흑물질의 유력한 후보인 '액시온'(Axion) 검출에 한 단계 다가섰다.

기초과학연구원(IBS)은 순수물리이론연구단 이혜성 연구위원 연구팀이 가상물질인 '암흑광자'(dark photon)를 통해 액시온을 발견할 수 있는 새로운 방법을 제시했다고 23일 밝혔다.






우주 속 암흑물질은 빛과 상호작용하지 않기 때문에 눈에 보이지 않고 중력만으로 존재를 감지할 수 있다.

입자물리학의 표준모형으로 설명되는 우리 눈에 보이는 우주는 5%에 불과하다. 나머지는 밝혀지지 않은 암흑물질(27%)과 암흑에너지(68%)로 구성돼 있다.

암흑물질의 후보 물질로 액시온을 비롯해 '중성미자', '윔프'(WIMPs) 등이 거론되고 있으며, 전 세계에서 이를 확인하기 위한 실험이 진행되고 있다.

암흑물질 입자들은 자신들끼리만 상호작용하기 때문에, 이를 탐색하기 위해 과학자들은 암흑물질 입자들이 표준모형 입자와 소통하는 통로인 '포털'(Portal)이라는 개념을 도입한다.






연구팀은 1990년대 등장한 '암흑광자'라는 가상의 입자를 가정해, 기존 액시온 포털을 변형시킨 새로운 포털을 제시했다.

암흑광자는 암흑전하를 가진 물질과 상호작용하는 입자이다.

표준모형 상 더이상 쪼개지지 않는 기본 단위인 '쿼크'(quark·소립자) 중 암흑전하를 가진 아주 무거운 쿼크를 발견한다면, 이것이 암흑광자와 상호작용하면서 새로운 포털을 만들 수 있다.

기존 액시온 탐색 실험에 이용되는 포털은 액시온과 한 쌍의 '광자'(photon)로 이뤄진 '액시온-광자-광자' 사이의 상호작용이다.

연구팀이 제시한 포털을 적용하면 '액시온-광자-암흑광자' 사이의 상호작용이 만들어져, 암흑광자를 통해 액시온을 검출할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

기존 액시온 실험의 관측 범위를 넓히거나 기존 실험 데이터를 다르게 해석해 액시온 검출에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

이혜성 연구위원은 "서로 독립적으로 연구되던 액시온 연구와 암흑광자 연구를 서로 연결해 검출 가능성을 높였다"고 말했다.






이번 연구에는 쿠니오 카네타 IBS 연구위원, 윤석훈 한국과학기술원(KAIST) 학생 등이 제1저자로 참여했으며, 연구 성과는 국제 학술지 '피지컬 리뷰 레터스'(Physical Review Letters) 지난 10일 자에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr

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