암흑물질의 새로운 후보로 떠오른 ‘비활성 중성미자(sterile neutrino)’가 기존에 추정됐던 발견 예상영역에 존재하지 않은 것으로 드러났다.
기초과학연구원(이하 IBS)은 최근 지하실험 연구단 공동연구팀이 비활성 중성미자 검출을 위해 수개월간 단거리 중성미자 진동 실험을 벌인 결과 발견 예상 영역에 존재하지 않음을 규명해 검출 범위를 좁혔다고 밝혔다.
중성미자는 우주를 구성하는 입자 가운데 가장 가벼운 입자로 한때 암흑물질 후보로 꼽혔으나 우주 질량의 극히 일부분만 차지하는 사실이 드러나며 후보에서 제외된 바 있다. 비활성 중성미자는 전자중성미자, 뮤온중성미자, 타우중성미자 3종류가 자기들끼리 서로 다른 종류의 중성미자로 바뀌는 진동 변환 과정에서 이외로 존재할 것으로 예측되는 제4의 중성미자다.
또 현재 관측되는 은하의 구조나 밀도를 설명할 수 있는 강점이 있어 암흑물질의 유력한 후보로 주목받고 있다. 연구팀은 비활성 중성미자를 검출하려 영광 한빛 원전 원자로를 이용해 단거리 중성미자 실험을 진행했다. 실험은 원자로 중심으로부터 24m 떨어진 곳에 검출기를 설치한 후 중성미자의 에너지 스펙트럼을 측정했다.
그 결과 별다른 진동신호를 보이지 않아 비활성 중성미자가 검출되지 않았고, 제4의 중성미자 검출 범위를 크게 좁히는 성과를 얻었다. 특히 비활성 중성미자가 검출될 최적의 예측값 지점은 이번 실험을 통해 발견 가능성이 없는 영역으로 제외됐다.
오유민 IBS 지하실험 연구단 연구위원은 “비활성 중성미자 검출 예상 영역을 좁히며 경계를 새롭게 제안했다”며 “앞으로 원자로를 이용한 중성미자 진동 실험에 좋은 참고 자료로 쓰일 것”이라고 말했다. 정재훈 기자 jjh119@cctoday.co.kr