지하 1000m 동굴에서 별의 ‘탄생 비밀’ 캔다

과학자들, 정선 ‘예미랩’서 새 도전 IBS, 국내 대학 연구진 등 협력 지하 가속기 ‘연아K’ 구축 계획 고감도 중성미자 검출기 설치도 중성미자 관측 시설이 설치된 예미랩 지하 실험실. IBS 제공 강원 정선군 예미산 정상에서 1009m 아래에 자리한 ‘예미랩’은 암흑물질·중성미자 등 지상에서 관측하기 어려운 물질을 연구하는 다목적 지하 연구시설이다. 두꺼운 암반이 지상으로 쏟아지는 우주선 입자를 막아 드물고 약하게 발생하는 입자 반응을 포착하는 데 유리하다.이곳에 별의 진화 과정과 중성미자의 성질을 연구할 차세대 장비를 들여놓기 위한 준비가 시작됐다. 지난달 23일 정선군 예미랩에서 만난 소중호 기초과학연구원(IBS) 예미랩 책임기술원과 김영덕 IBS 지하연구실험단장은 각각 별의 생성·진화 과정을 규명할 지하 가속기 ‘연아K(YUNA@K)’와 중성미자 검출기 ‘νEYE’를 구축할 계획을 착착 진행 중이다.● 별의 진화 과정, 지하에서 찾는다 소 책임기술원이 제안한 YUNA@K는 ‘한국 예미 지하 핵천체물리학(Yemi Underground Nuclear Astrophysics at Korea)’의 약자로 지하에 구축하는 연구용 가속기다. 별 내부에서 일어나는 핵융합 등 핵반응을 재현하고 별을 구성하는 원소가 어떻게 만들어졌는지 연구하기 위한 장치다.양성자 등 입자를 전기장으로 가속시켜 충돌반응을 유도하는 가속기 성능을 높이려면 긴 가속구간이나 더 높은 전압이 필요하다. 공간이 제한적인 지하에선 입자 빔의 전류를 높여 입자 수를 늘려서 더 많은 핵반응을 유도한다. 현재 전 세계에서 지하 가속기를 운영하는 곳은 미국 ‘캐스퍼(CASPAR)’, 이탈리아 ‘루나(LUNA)’, 중국 ‘주나(JUNA)’ 세 곳이다. 이탈리아에 최근 구축된 대형 지하 가속기 루나는 양성자 기준 최대 약 3.5MeV(메가전자볼트)의 에너지를 낼 수 있다. 전자볼트는 입자 한 개가 지닌 에너지를 나타내는 단위로 1MeV는 100만 전자볼트다. 소 책임기술원이 구상하는 YUNA@K의 목표 에너지는 양성자 기준 6MeV, 알파입자 기준 9MeV다. 소 책임기술원은 “기존 시설이 도달하지 못하는 높은 에너지 영역에서 전 세계 누구도 보지 못한 핵반응을 관측하는 것이 목표”라고 말했다.전압을 높여 입자 에너지가 높아지면 양전하를 띤 원자핵끼리 서로 밀어내는 ‘쿨롱 장벽’을 더 쉽게 넘어 핵융합 반응을 일으킬 수 있다. 이를 통해 쿨롱 장벽이 더 높...