암흑 물질, 신호를 방출할 가능성

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우주 미지의 물질 '암흑물질', 새로운 탐지 방법 제안

우주의 85%를 차지하는 것으로 추정되는 암흑물질(Dark Matter)은 여전히 풀리지 않은 과학 최대의 미스터리 중 하나로 꼽힌다. 직접 관찰할 수는 없으나, 별과 은하에 미치는 중력 효과를 통해 그 존재가 간접적으로 확인되고 있다. 최근 국제 연구팀이 암흑물질의 신호를 탐지할 수 있는 새로운 유형의 검출기를 개발하겠다는 계획을 발표하며 이 미스터리를 풀기 위한 새로운 접근법을 제안했다.

'우주 라디오', 암흑물질 탐지의 열쇠?

킹스 칼리지 런던의 연구원 데이비드 마시(David Marsh)는 새로 제안된 검출기가 "우주 라디오"와 같은 역할을 하게 될 것이라고 언급했다. 이 장치는 암흑물질 후보로 여겨지는 '액시온(axion)'의 주파수를 탐지하도록 설계되었다. 액시온은 극도로 가벼운 입자로, 일반 물질과의 상호작용이 매우 약해 관측이 어렵다. 그러나 이 검출기는 액시온 주파수를 포착해, 15년 이내에 액시온을 탐지할 가능성을 열어줄 것으로 기대된다.

해당 검출기에서는 "액시온 준입자(axion quasiparticles)"가 고주파수를 맞춤으로써 소량의 빛을 방출하게 된다. 연구진은 이 과정을 통해 암흑물질 신호를 효과적으로 포착할 수 있을 것으로 전망하고 있다.

특수 소재 활용한 새로운 탐지 기술

하버드 대학교의 수석 저자 지안샹 치우(Jian-Xiang Qiu)와 연구팀은 "망간 비스무스 텔루라이드(manganese bismuth telluride)"라는 독특한 전자 및 자기적 특성을 가진 물질을 이용해 검출기의 초기 개념을 구현했다. 치우는 이 물질이 원자층 몇 개 두께로 박피(exfoliation)되어야만 정확하게 특성을 조정할 수 있다고 설명했다.

연구진은 더 큰 크기의 동일한 물질을 사용하면 5년 내 작동 가능한 검출기를 제작할 수 있을 것으로 보고 있으며, 액시온의 실제 발견에는 추가로 10년 정도의 시간이 필요할 것으로 예상하고 있다. 마시는 “우리는 이미 필요한 기술을 보유하고 있다. 이제는 규모와 시간이 문제다”라고 밝혔다.