IBS지하실험 연구단 예미랩

“지하 1000m에서 우주를 보다”

탄광지역에 광산과 연계한 지하연구 시설이 있다고 하여 찾아갔다. 기존의 광산을 활용할 수 있는 좋은 사례가 될 것 같아 기대가 되었다. 기초과학연구원(IBS) 지하실험연구단의 지하실험실 예미랩은 2022년 10월 정선군 신동읍 예미리의 예미산 지하 1,000m 깊이에 준공되었다. 총 실험 가용면적은 3천㎡이며, 15개 이상의 독립적인 실험공간이 가능한 개미굴 형태의 구조다.

예미랩에서 진행하는 주요연구는 ‘암흑물질 탐색’과 ‘중성미자 미방출 이중베타붕괴 연구’다. 우주를 구성하고 있는 물질 중 현재까지 밝혀진 것은 약 5%에 불과하며, 95% 이상을 구성하고 있는 암흑물질(27%)과 암흑에너지(68%)를 밝혀내는 것이 현대과학의 최우선 과제라고 한다. 지하실험연구단의 소중호 박사님께서 지하에 내려가기 앞서, 예미랩과 암흑물질과 중성미자에 대해 설명해주셨다.

‘우주의 27%를 구성하고 있는 암흑물질은 물질과 상호작용하지 않아 볼 수 없지만 중력 효과로 존재가 확인된 물질로서, 이를 직접 검출하는 것이 목표입니다. 이 중 WIMP(Weakly Interacting Massive Particle)라는 입자를 노벨 물리학상 수상자인 미국의 이론물리학자 스티브 와인버그와 이휘소 박사가 함께 존재 가능성에 대한 이론을 제안했습니다. 이 입자를 검출하기 위한 실험을 진행하고 있습니다.’

한덕철광의 지하 갱도를 통해 자동차로 이동했다. 지하실험실을 둘러보며 직접 설계하고 제작한 실험장비를 볼 수 있었다.

주로 입자를 검출하기 위한 검출기에 많은 노력을 기울이고 있었다.

<외부 잡음을 줄이기 위해 예미산 지하 1,000m 속으로>

‘WIMP는 물질의 원자핵과 직접 충돌하는 반응만 가능하며, 이 확률은 매우 작습니다. 따라서 WIMP이외 다른 주변 방사선, 

특히 우주방사선인 뮤온 입자에 의한 잡음 신호를 줄이는 것이 중요합니다.

이러한 외부 잡음 신호를 줄이기 위해 검출기는 예미산 지하 1,000m에 설치하여, 암석 및 주변 물질에 의해 발생되는

중성자 및 감마선을 차폐하기 위해 납, 플라스틱 등의 다양한 물질로 두껍게 둘러싸인 상태로 동작합니다.

이러한 실험장치를 개발하는 과정에서 상용화되지 않거나 너무 비용이 높은 시설이나 장치의 경우 연구자들이 직접 제작하여 사용하기도 합니다. 특히 중성미자 특성 연구에 사용하는 극저온 센서의 경우 연구자들이 직접 반도체 공정과 같은 과정을 통해 제작하 고, 단결정 검출기도 직접 제작하여 연구에 활용합니다. 이런 극저온 연구시설은 양자컴퓨터 개발 연구에도 활용이 가능합니다.’

<꿈을 향해 가도록 도와주는 예미랩>

예미랩에는 다른 분야 연구에 필요한 공간을 추가적으로 구축하고, 필요한 연구를 위해 임대를 해주고 있다. 지질자원연구원 우주자원개발센터에서는 달 자원탐사를 위한 로버 개발을 위해, 예미랩에서 테스트를 거쳐 올해 개발에 착수했다. 또한 우주에서의 작물 재배를 위해 폐쇄된 환경을 구성하기 유리한 조건이기 때문에 우주 관련 연구를 하기에 적합하다고 한다. 이 외에도 경북대학교, 한국원자력연구원, 국가수리과학연구소, 기상청 등 다양한 연구기관이 지하에서 실험을 진행하고 있다.

소중호 박사님은 정말 즐겁게 실험장비를 설명해주셨다. 하고 싶은 일을 하고 있는 한 사람의 행복감이 느껴졌다.

꿈을 향 해 전진하는 앞에 거칠 것이 없어보였다.

‘미국 지하실험실의 경우, 방문자 센터에 전시관을 만들어, 실제로 실험에 사용된 장비들을 공개하여 교육적으로 활용합니다.

아직 예미랩에는 그런 시설이 없어, 앞으로 전시관을 만들고 실험설비를 전시할 예정입니다.’

지하연구시설이 있는 미국 사우스다코다 주도 광산지역이었고, 폐광으로 인해 도시가 쇠퇴하였습니다. 하지만 과학자들이 유입되면서 사이언스 빌리지가 되었습니다. 동네 음식점에서 어르신들 이 실험실의 연구를 소재로 일상 대화를 나누고 계신 모습이 굉장히 인상적이었습니다.

“정선 신동읍도 예미랩으로 인해 과학이 일상으로 친근하게 다가가고, 지역 주민과 학생들에게 긍정적인 영향을 주면 좋겠습니다.

이를 위해 3년 전부터 물리학 강의, 콘서트, 독립영화 촬영과 같은 교육·문화활동을 진행하고 있습니다. 최근 부산 국제영화제에서

예미랩에서 촬영한 영화가 상영되었고, 예미랩에서 교육을 들었던 한 학생이 물리학과에 진학하는 사례가 있었습니다. 지역 학생 중 몇 명은 물리학을 공부하여, 미래에 예미랩에서 함께 연구할 수 있는 날을 희망합니다.”

정선의 작은 마을에서 과학자와 주민들이 함께 핵입자물리학의 선두에서 미래의 우주를 본다.

생각을 현실로 만드는 기초과학연구원의 지하실험연구단에서 노벨상이 나올 것이라 믿는다.

- 사업장 명칭 : IBS지하실험 연구단 예미랩

- 사업장 주소 : 강원 정선군 신동읍 함백로 211