우주의 미지 풀 ‘유령입자’ 빙하로 찾아냈다…노벨물리학상 할젠

광고

올해 노벨 물리학상은 남극의 거대한 얼음을 활용해 우주에서 날아오는 고에너지 중성미자를 검출하는 프로젝트를 주도한 천체물리학자 프랜시스 할젠(사진) 미국 위스콘신대 매디슨 교수에게 주어졌다.

6일 스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 “‘아이스큐브 중성미자 관측소’에 대한 결정적인 공헌과 천체물리학에 기반한 고에너지 중성미자 발견에 대한 공로”로 할젠에게 노벨 물리학상을 수여한다고 밝혔다.

중성미자는 원자핵이 쪼개질 때 나오는 입자로, 전하가 없고 질량이 극도로 작아 다른 물질과 거의 상호작용을 하지 않기 때문에 ‘유령 입자’라 불린다. 변형되지 않고 먼 우주를 가로지를 수 있어, 검출·관측할 수 있다면 그간 얻을 수 없었던 우주에 대한 귀중한 정보들을 알려줄 것으로 기대된다. 중성미자는 어쩌다 원자핵과 충돌할 때 섬광을 발생(체렌코프 방사)시키며, 이런 성질을 활용해 거대한 물탱크 등으로 중성미자를 검출하려는 시도들이 이어져 왔다.

광고

벨기에 출신인 할젠은 물탱크 대신 남극 지하에 있는 1㎦ 크기의 거대한 빙하를 활용해서 중성미자를 검출하는 방법을 처음 제안했고, 실제 2011년 남극에 완공된 ‘아이스큐브 중성미자 관측소’를 중심으로 국제 공동연구를 주도하며 성과를 내왔다. 남극의 얼음은 다양한 종류의 간섭이 없고 지질학적으로 안정되어 지진이 발생하지 않는다는 점에서 여러 장점을 가지고 있다.

노벨위원회는 할젠 교수가 “남극 빙하를 이용해 중성미자를 포착하는 아이디어로 완전히 새로운 유형의 천문학의 토대를 마련했다”고 평가했다. 또 “아이스큐브가 지속해서 수집하는 중성미자 상호작용은 연구자들에게 고에너지 중성미자가 생성될 수 있는 환경에 대한 새로운 지식을 제공할 뿐만 아니라, 이전에 알려지지 않았던 우주 현상을 밝혀낼 수도 있다”고 밝혔다.

광고

광고

이번 할젠의 수상은 1992년 조르주 샤르파크 이래 37년 만의 단독 노벨 물리학상 수상이다. 중성미자로 노벨상을 받은 첫 사례는 아니다. 2002년 각각 염소와 물탱크(‘가미오칸데’)를 활용해 중성미자를 검출한 레이먼드 데이비스와 고시마 마사토시가, 2015년에는 중성미자에도 질량이 있다는 사실을 밝힌 가지타 다카아키와 아서 맥도널드가 상을 받은 바 있다.

다만 할젠과 아이스큐브는 우주의 극한 현상까지 엿볼 수 있는 생생한 정보를 제공해줄 수 있는 ‘고에너지’ 중성미자를 검출했다는 점에서 이전 성취들에서 더 나아갔다는 평가를 받는다. 천체물리학자 강성주 전 한국천문연구원 선임연구원은 “이전 연구들이 ‘중성미자로 우주를 볼 수 있다’는 가능성을 열었다면, 이번에는 그 가능성이 블랙홀 주변과 같은 고에너지 우주를 실제로 연구하는 새로운 천문학으로 확장됐다”고 의미를 부여했다. 또 “이제는 빛뿐 아니라 중력파와 중성미자를 함께 이용해 우주를 서로 다른 방식으로 관측하는 ‘다중신호 천문학’의 시대로 들어가고 있다”고 짚었다.

광고

아이스큐브 국제 공동연구단에는 현재 전세계 14개국 58개 기관에 소속된 450명 이상의 과학자들이 참여하고 있는데, 우리나라에서도 중앙대와 성균관대 연구팀이 참여하고 있다.