유령 입자를 찾기 위한 중국의 세계 최대 수중 망원경

최근 과학계에 따르면 세계 최대 수중 망원경을 만들고 있는 중국은 포착하기 힘든 유령 입자를 찾기 위해 이를 곧 출시할 예정입니다. 중국의 과학자들은 해수면 아래 3,500m에 세계 최대 유령 입자 탐지기를 구축하고 있으며, 이 열대 심해 중성미자 망원경은 바다 표면 아래 순간적인 빛의 섬광을 통해 우주선의 기원을 찾아내고자 구상됐습니다. 중국어로 하이 링 또는 오션 벨이라 불리는 이 열대 심해 중성미자 망원경은 서태평양 해저에 고정될 계획이며 오는 2030년 완성을 목표로 두고 있습니다.

 

이 망원경은 바다 깊이에서 잠깐 눈에 띄는, 포착하기 어려운 입자가 만들어내는 희귀한 빛의 섬광을 스캔할 것입니다. 중성미자라고 불리는 약 1000억 개의 유령 입자는 매초마다 신체의 1cm²를 통과하지만, 그 별명에 걸맞게 존재하지 않는 전하와 거의 0에 가까운 질량으로 인해 다른 유형의 물질과 거의 상호작용하지 않습니다. 이에 물리학자들은 중성미자의 속도를 늦춤으로써 입자의 기원 중 일부가 수십억 광년 떨어진 고대의 격변적인 항성 폭발과 은하 충돌까지 추적할 것을 기대하고 있습니다.

 

프로젝트 수석 과학자인 쉬 동리안은 기자 회견에서 "트라이던트는 지구를 방패로 사용해 행성 반대편에서 침투하는 중성미자를 탐지할 것"이라고 발표했습니다. 동리안은 "트라이던트는 적도 근처에 있기 때문에 이를 수신할 수 있다. 지구의 자전과 함께 모든 방향에서 중성미자가 뿜어져 나와 사각지대 없이 관측이 가능하다"라는 설명을 덧붙였습니다.

 

어디에나 있는 중성미자는 우주에서 가장 풍부한 아원자 입자로서 광자 다음으로 두 번째이며 별의 핵불, 거대한 초신성 폭발, 우주선 및 방사성 붕괴, 지구상의 입자 가속기 및 원자로에서 생성됩니다. 다만 이러한 편재성에도 불구하고 다른 물질과의 상호 작용이 최소화되어 감지하기는 무척이나 어렵습니다.

 

중성미자는 지난 1956년 원자로에서 처음으로 발견된 이래 많은 탐지 실험을 거쳤으며 이를 통해 태양으로부터 우리에게 보내진 입자들의 꾸준한 충격이 포착됐습니다. 그러나 그 근원이 여전히 미스터리로 남아 있는 우주선은 지구 대기에 충돌할 때 생성되는 희귀한 중성미자를 가립니다.

 

지구 전체를 포함해 전혀 방해받지 않고 대부분의 물질을 통과하는 중성미자는 때때로 물 분자와 상호 작용하며, 물이나 얼음 속을 이동할 때 때때로 섬광을 내는 뮤온이라는 입자 부산물을 생성합니다.

 

과학자들은 이 같은 섬광이 만드는 패턴을 연구함으로써 중성미자의 에너지, 때로는 근원을 재구성할 수 있습니다. 다만 일부 과학자들은 "유령 입자 상호 작용의 가능성을 높이려면 탐지기가 많은 물이나 얼음 아래 있어야 한다"라는 지적도 제기했습니다.

 

중국의 이번 새로운 거대 탐지기는 길이가 각각 700m인 1,211개의 줄에 구슬로 연결된 24,000개 이상의 광학 센서로 구성되며, 해저의 고정 지점에서 이 끈은 위쪽으로 튀어 오릅니다. 펜로즈 타일링 패턴으로 배열돼 직경이 4km에 이르는 이 탐지기는 작동될 시 7.5 입방 킬로미터에 걸쳐 중성미자를 검색합니다.

 

현재 세계 최대 중성미자 탐지기이자 아문센-스콧 남극 기지에 위치한 아이스큐브는 모니터링 영역이 0.24 입방 마일에 불과, 이는 상대적으로 민감한 트라이던트가 중성미자를 발견할 가능성이 훨씬 더 높다는 것을 의미합니다.

 

과학자들은 "파일럿 프로젝트가 2026년에 시작될 것이며 전체 탐지기는 2030년에 온라인에 출시될 것"이라고 내다봤습니다. 이와 관련해 연구원들은 "트라이던트는 중성미자 망원경 성능의 한계를 뛰어넘어 천체 물리학 중성미자 소스에 대한 새로운 지평에 도달할 계획"이라고 탐지기 개요 논문을 적었습니다.