남극 지하 2.4km에 얼음 망원경 우주비밀의 열쇠 ‘중성미자’ 검출

동아일보 입력 2010-09-03 03:00수정 2010-09-03 04:15
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美물리학회, 12월 완공
12월 남극 지하에 완공되는 세계최대 중성미자 검출기 ‘아이스큐브’. 아이스큐브는 얼음에 구멍을 뚫어 2.4km 깊이에 광센서를 내려보내 중성미자가 얼음 원자에 부딪힐 때 나오는 푸른빛을 검출한다.사진 제공 미국과학재단
두꺼운 얼음으로 뒤덮인 남극 대륙 지하 2.4km. 12월이면 이곳에 우주의 비밀을 풀 세계 최대 ‘얼음 망원경’이 들어선다. 미국물리학회는 2일 “중성미자를 관측할 세계 최대의 검출기 ‘아이스큐브(Ice Cube)’가 완공을 눈앞에 두고 있다”고 밝혔다.

중성미자는 우주를 이루는 기본입자 12개 중 하나다. 질량을 가진 입자 중 가장 가볍다. 이들은 우주를 가득 채우고 있지만 눈에는 보이지 않는다. 물질과 반응하지도 않는다. 쏟아지듯 우주에서 날아온 중성미자는 1cm² 면적에 초당 1000억 개가 우리 몸을 지나가지만 아무런 영향을 미치지 않는다. 지표면도 그대로 관통한다.

아이스큐브의 목적은 이런 중성미자를 검출하는 것이다. 아이스큐브를 이루는 광센서 5160개가 얼음 아래에서 중성미자의 흔적을 쫓는다. 아이스큐브 건설을 주도한 미국 위스콘신대 프랜시스 할젠 교수는 “얼음에 구멍을 뚫고 광센서 60개가 달린 긴 줄을 지하 2.4km까지 내려보냈다”며 “가장 위에 있는 광센서도 지하 1.4km에 있다”고 설명했다.

구멍 하나를 뚫는 데 걸린 시간은 평균 48시간, 여기서 나온 얼음은 약 75만 L에 이른다. 뚫린 구멍의 물이 얼어 광센서들이 얼음층에 고정되면 아이스큐브는 이름 그대로 부피 1km³의 거대한 얼음 검출기가 된다. 한쪽 길이가 약 40m인 일본의 중성미자 검출기 슈퍼카미오칸데를 제치고 세계 최대 검출기라는 타이틀도 얻는다.

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아이스큐브를 남극에 설치한 이유는 남극의 얼음이 불순물 없이 깨끗하고 밀도가 높아 중성미자의 반응 여부를 확인하는 데 적합하기 때문이다. 할젠 교수는 “중성미자를 직접 검출하는 것은 불가능하다”면서 “아이스큐브의 광센서는 중성미자가 얼음 원자와 부딪히면서 만들어내는 푸른 섬광을 검출한다”고 밝혔다. 중성미자가 얼음 원자와 부딪히면 뮤온이 초당 2000개가량 생성되면서 푸른빛을 낸다.

이현경 동아사이언스 기자 uneasy75@donga.com
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