기초과학연구원(원장 김두철·IBS)이 암흑물질 후보인 액시온과 암흑광자 연구를 이론적으로 연결하는 데 성공했다. 기존에 없던 연구 방향을 제시해 새로운 물질 탐구, 우주의 근원 파악 연구가 탄력을 받을 전망이다.
IBS는 이혜성 순수물리이론연구단 연구위원팀이 액시온·암흑광자를 연결하는 포털의 존재 가능성을 이론적으로 입증했다고 23일 밝혔다.
포털은 학문적으로 규명되지 않은 '암흑세계 입자'를 탐색하는 통로다. 암흑세계 입자와 현실 속 입자가 상호작용하는 접점을 포털이라고 부른다. 포털을 연구하면 기존에 규명되지 않던 새로운 입자를 발견할 수 있다. 액시온 포털이 대표적이다. 액시온 포털은 액시온과 광자 두 개의 상호작용이다.
연구팀은 액시온 포털에 암흑광자(암흑전하를 띤 물질)를 연결하는 '암흑 액시온 포털'을 제시했다. 액시온이 암흑광자, 광자와 상호작용한다는 것이다. 그동안 학계는 액시온과 두 개의 광자가 상호작용한다고만 생각했다. 암흑광자와 현실 입자의 상호작용 값이 극히 미미해, 액시온 포털에 적용하기 어려웠기 때문이다.
기존 액시온 포털에 '무거운 쿼크'가 매개 역할을 한다는 가정에서 출발했다. 무거운 쿼크는 이미 액시온 포털에서 널리 쓰이는 요소 물질이다. 쿼크에 암흑전하를 하면 암흑광자와도 직접 상호작용할 수 있다.
연구팀은 시온, 암흑광자, 광자의 상호작용 이론을 도출했다. 무거운 쿼크가 암흑전하를 갖는 경우를 상정했다. 이 결과 기존에 미미했던 암흑광자 상호작용 값도 대폭 상승했다.
연구팀은 암흑 액시온 포털을 적용하면 기존에 불가능했던 연구가 가능해진다고 설명했다. 액시온, 암흑광자 관측 범위를 늘리거나 기존 실험 결과를 다르게 해석할 수 있다.
이혜성 연구위원은 “독립적으로 연구되던 액시온과 암흑광자를 잇는 유의미한 연결고리를 처음으로 제시했다”면서 “이를 토대로 앞으로 진행되는 각각의 탐색 연구를 발전시킬 수 있을 것”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
