[뉴스에프엔 조남준 기자] 향후 15년 이내에, 물리학의 가장 큰 미스터리 중 하나인 암흑 물질을 밝혀낼 수 있는 혁신적인 검출기가 공개될 예정이다.

외신에 따르면 킹스 칼리지 런던, 하버드 대학교, UC 버클리의 국제 연구팀이 공동 개발한 이 장치는, 우주에서 거의 탐지할 수 없는 액시온(axion)이라는 입자를 감지할 수 있는 능력을 갖추고 있으며, 이는 암흑 물질에 대한 기존의 이해를 완전히 재정의할 수 있는 기술로 주목받고 있다.

암흑 물질은 우주의 대부분을 차지하는 신비로운 물질로, 그 존재는 여러 천체 물리학적 증거를 통해 추측되어 왔다. 그러나 이를 직접 감지하는 것은 매우 어려운 일이다.

이번 연구에서 개발된 암흑 물질 검출기는 바로 암흑 물질의 유력한 후보로 꼽히는 액시온을 추적하는 데 초점을 맞추고 있다. 액시온은 1983년에 처음 이론화된 가상의 입자로, 매우 약한 상호작용을 통해 존재할 수 있으며, 특정 주파수에서 진동하는 특성을 가질 것으로 예상된다.

과학자들은 액시온이 다양한 주파수 범위에서 파동처럼 행동할 수 있다고 믿고 있으며, 새로운 검출기는 마치 자동차 라디오처럼 우주에서 이 주파수를 조정하여 액시온의 존재를 추적하려고 한다. 만약 액시온의 주파수와 일치하는 신호를 감지할 수 있다면, 이는 암흑 물질 존재에 대한 첫 번째 직접적인 증거를 제공할 수 있을 것이다.

이 검출기는 망간 비스무트 텔루라이드(MnBi₂Te₄)라는 고유의 양자 물질로 제작되었다. 이 물질은 액시온 신호와 일치할 수 있는 주파수에서 반응하는 특성을 지니고 있다. 연구팀은 지난 6년간 이 물질을 정제하고 특성을 제어하는 작업을 통해, 액시온 신호를 감지할 수 있는 기술을 발전시켜 왔다.

검출기의 핵심은 "액시온 준입자(AQ)"를 생성하는 과정에 있다. AQ는 우주에서 액시온과 주파수가 일치할 때 생성되는 합성 입자로, 이 신호는 암흑 물질의 존재를 밝혀줄 수 있는 중요한 단서가 될 수 있다.

현재까지 암흑 물질을 탐지하려는 시도는 주로 충돌이나 중력 효과를 이용한 방식이었으나, 이번 방법은 전자기 스펙트럼을 활용하여 암흑 물질을 탐지하는 접근법으로, 기존의 방식에 비해 훨씬 더 효과적일 것으로 기대된다.

연구팀은 이 검출기가 5년 내에 더 큰 규모로 구축될 수 있을 것으로 예측하고 있으며, 10년 내에는 암흑 물질의 존재를 직접적으로 확인할 수 있을 것이라고 보고 있다.

이 연구는 양자 물리학, 천체 물리학, 재료 과학이 융합된 결과물로, 우주 탐사의 새로운 시대를 열 수 있는 가능성을 보여준다. 만약 이 기술이 성공한다면, 암흑 물질은 더 이상 미지의 존재가 아니라, 탐지 가능한 주파수로 취급될 수 있게 된다. 이는 우주의 본질에 대한 우리의 이해를 획기적으로 변화시키는 중요한 발견이 될 것으로 보인다.

현재 암흑 물질이 우주에서 차지하는 비중은 85%에 달하며, 이 발견이 이루어지면 우리가 알고 있는 우주의 모습이 완전히 재구성될 수 있을 것이란 전망이다.

이 연구팀은 우주의 보이지 않는 구조를 밝혀내는 열쇠를 쥐고 있으며, 그들의 연구는 우리에게 우주에 대한 새로운 비전과 함께 새로운 물리학의 장을 열어줄 것으로 전망된다.

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