아르곤의 저에너지 물리학 그룹 구성원과 오크리지 국립 연구소의 ATLAS 사용자가 최근 ATLAS 사용자 시설에 설치된 GRETINA 옆에서 포즈를 취하고 있습니다. GRETA는 결국 GRETINA의 검출기 모듈을 통합할 것입니다. (이미지 제공: 아르곤 국립 연구소). 연구원들은 원자핵의 신비를 조사하기 위

[뉴스에프엔 김익수 기자]미국 연구진이 원자핵의 숨겨진 구조를 최초로 정밀하게 포착할 수 있는 차세대 감마선 검출기 GRETA의 핵심 구성 요소를 완성했다. 기존 장치 대비 최대 100배 민감한 GRETA는 희귀 동위원소와 우주의 근본 원리 연구를 혁신적으로 바꾸며, 핵물리학의 새로운 지평을 열 것으로 기대된다.

최근 외신을 종합하면 미국 에너지부 산하 로렌스 버클리 국립연구소가 주도하고 아르곤, 오크리지, 미시간 주립대의 지원으로 건설된 GRETA는 수십 년간 풀지 못한 원자핵의 구조와 작용 메커니즘을 정밀하게 탐구할 수 있는 도구로 주목된다.

과학자들은 GRETA를 통해 질병 감지 MRI부터 원자력 발전에 이르는 다양한 기술적 응용의 기초가 되는 핵 이해도를 획기적으로 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다.

GRETA는 30개의 초순수 게르마늄 검출기 모듈, 정밀 전자 장치, 고성능 컴퓨팅 시스템 등으로 구성되어 있으며, 극저온에서 작동하는 육각형 게르마늄 결정이 핵 주변을 완전히 감싸면서 원자핵이 방출하는 미세한 감마선을 추적한다. 이 검출기는 기존 장치보다 10배에서 100배 더 민감해 이전에는 볼 수 없었던 희미한 핵 구조까지 관찰할 수 있다.

곧 미시간 주립대 희귀 동위원소 빔 시설(FRIB)으로 이송될 GRETA는 입자 빔과 표적 물질의 충돌로 생성된 극히 짧은 수명의 동위원소를 측정해 핵의 결합 한계와 붕괴 경로를 분석한다. 이를 통해 핵 안정성의 극한 영역과 우주의 기본 대칭에 대한 이해를 높이고, 반물질과 물질의 불균형 문제, 별 내부에서 무거운 원소가 형성되는 과정까지 실험적으로 탐구할 수 있다.

GRETA의 성능 뒤에는 정밀 엔지니어링과 슈퍼컴퓨팅이 결합돼 있다. 알루미늄 프레임은 백만분의 1인치 공차로 제작되어 완벽하게 정렬되며, 초당 최대 51만 개의 감마선 상호작용을 처리하는 전자 시스템과 AI 기반 추적 알고리즘이 방대한 데이터를 실시간 처리한다.

GRETA는 이전 프로젝트인 GRETINA를 기반으로 발전했으며, 12개 모듈에서 30개 모듈로 확장되어 감마선 3차원 경로를 재구성하고 핵 행동에 대한 정밀한 그림을 제공한다. 연구자들은 실험 데이터를 며칠 만에 확보할 수 있어 이전보다 연구 속도가 크게 향상될 전망이다.

FRIB에서 GRETA의 설치는 2026년 완료될 예정이며, 이후 아르곤 ATLAS 가속기 등 다양한 시설에서 장비를 활용한 연구가 이어질 계획이다. GRETA는 핵물리학자들에게 원자핵과 이를 지배하는 힘에 대한 근본적 질문을 탐구할 수 있는 기회를 제공하며, 인류가 물질의 숨겨진 구조를 이해하는 데 강력한 렌즈 역할을 할 것으로 기대된다.

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