우주에서 가장 가볍고 눈에 띄지 않는 기본 입자인 중성미자(뉴트리노) 관측 연구를 개척한 프랜시스 할젠 미국 위스콘신대 교수가 2026년 노벨 물리학상을 수상했다.
스웨덴 왕립과학원은 6일(현지시간) “아이스큐브 중성미자 관측소에 대한 결정적인 기여와 천체물리학적 기원을 가진 고에너지 중성미자를 발견한 공로로 할젠 교수를 노벨 물리학상 수상자로 선정했다”고 밝혔다. 1992년 조르주 샤르파크 교수 이후 34년 만의 물리학상 단독 수상이다.
할젠 교수는 1944년 벨기에에서 태어났다. 루뱅 가톨릭대에서 석사와 박사 학위를 취득한 그는 1972년부터 미국 위스콘신대 매디슨 캠퍼스 교수로 재직하고 있다. 할젠 교수는 1980년대 중반부터 고에너지 우주 중성미자를 검출하는 연구에 매진했다.
중성미자는 전하가 없고 질량이 매우 작아 물질을 거의 통과하는 기본 입자다. 태양 속 핵융합, 초신성 폭발, 원자로, 블랙홀 주변 등에서 중성미자가 탄생하지만, 물체와 반응하지 않아 관측하기 굉장히 어려웠다. 이로 인해 '유령 입자'라는 별칭이 붙었다.
할젠 교수는 남극의 얼음을 중성미자 추적에 활용할 수 있다는 사실에 착안했다. 중성미자가 얼음 속 원자와 부딪히면 극히 드물게 희미한 푸른 빛이 나오고, 얼음에 심어둔 센서가 그 빛을 포착해 중성미자가 온 방향과 에너지를 알아내는 방식이다.
할젠 교수는 남극 지표 약 1.5㎞ 아래에 '아이스큐브' 관측소를 설치하고, 1㎞ 규모의 거대 검출기를 만드는 연구에 착수했다. 아이스큐브에는 방대한 얼음을 검출에 활용해 입자들의 상호작용을 좀 더 선명하게 확인하도록 했다.
아이스큐브 관측소 덕분에 전파, 엑스선 등 빛으로만 보던 우주를 중성미자라는 새로운 '눈'으로 볼 수 있게 됐다. 빛은 우주 먼지와 가스에 흡수되거나 산란되는 측면이 있었는데, 중성미자는 물질과 거의 반응하지 않다 보니 비교적 원형 그대로의 모습을 보여준다.
중성미자 연구가 발전하면 빛과 중력파, 중성미자를 함께 활용해 블랙홀 같은 우주 환경을 입체적으로 이해할 것으로 기대된다. 오랜 기간 수수께끼로 남아 있는 우주의 고에너지 입자가 어디서 어떻게 가속하는지 확인할 수도 있다.
이번에 수상한 할젠 교수는 1200만스웨덴크로나(약 16억원)를 받게 된다. 지난해에 비해 총상금이 100만스웨덴크로나 증가했다. 오는 7일에는 화학상 수상자가 발표된다.
송윤섭 기자 sys@etnews.com
