IBS 참여 국제공동연구팀, 美서 미세한 입자 상호작용 관측 성공
2.6시그마 유의성, 추가 검증 진행…1일 日 국제학술대회서 발표
![[대전=뉴시스] 기초과학연구원(IBS) 김영덕 단장팀이 참여한 국제공동연구팀이 암흑물질 후보 입자인 윔프(WIMP)의 신호로 해석될 가능성이 있는 입자 상호작용을 관측하는데 성공했다. 사진은 LZ 검출기의 작동원리.(사진=IBS 제공) *재판매 및 DB 금지](https://img1.newsis.com/2026/09/01/NISI20260901_0002227233_web.jpg?rnd=20260901151945)
[대전=뉴시스] 기초과학연구원(IBS) 김영덕 단장팀이 참여한 국제공동연구팀이 암흑물질 후보 입자인 윔프(WIMP)의 신호로 해석될 가능성이 있는 입자 상호작용을 관측하는데 성공했다. 사진은 LZ 검출기의 작동원리.(사진=IBS 제공) *재판매 및 DB 금지
[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 기초과학연구원(IBS)이 참여한 국제공동연구팀이 우주를 구성하는 물질의 대부분을 차지하는 것으로 추정되지만 아직 확인되지 않은 암흑물질의 유력 후보 '윔프(WIMP)' 흔적으로 해석될 수 있는 신호를 포착하는데 성공했다.
IBS는 지하실험연구단 김영덕 단장팀이 참여한 LUX-ZEPLIN(LZ) 국제공동연구진이 1일 일본에서 열린 '2026 TeV 입자천체물리학 국제학술대회(TeVPA 2026)'에서 이 같은 연구 결과를 발표했다고 밝혔다.
암흑물질은 빛과 거의 반응하지 않아 눈으로 볼 수 없지만 중력 등을 통해 존재하는 것으로 추정되는 물질로 우주 전체 물질의 약 85%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 아직 직접 관측된 적은 없다.
윔프는 '약하게 상호작용하는 무거운 입자'라는 뜻으로 암흑물질을 구성하는 후보 가운데 하나다. 무겁지만 다른 물질과 거의 반응하지 않아 직접 검출키 어렵고 드물게 윔프가 원자핵과 부딪히면 아주 미세한 빛과 전기적 신호가 발생할 수 있다.
LZ연구진은 이런 미세한 신호를 포착키 위해 미국 사우스다코타주 샌퍼드 지하연구시설(SURF) 지하 약 1.5㎞에 대형 검출기를 설치했다. 검출기에는 약 10t의 초고순도 액체제논이 들어 있다. 제논은 윔프와 같은 미세한 입자 반응이 일어났을 때 빛과 전기 신호를 만들어내기 때문에 암흑물질 탐색에 활용된다.
연구진이 지난 2023년 3월부터 2024년 4월까지 220일 동안 검출기에서 수집한 데이터를 분석한 결과, 암흑물질 신호가 나타날 것으로 예상되는 영역에서 입자와 원자핵의 상호작용 1건이 관측됐다. 입자 상호작용은 입자가 물질 내부의 원자핵 등과 부딪히면서 에너지를 전달하고 신호를 남기는 현상이다.
연구진은 자연 방사선이나 중성자, 검출기 자체에서 발생하는 잡음 등 암흑물질이 아니어도 비슷한 신호를 만들 수 있는 원인을 수개월간 분석했지만 이번 신호를 명확하게 설명하기 어려웠다고 밝혔다.
실제 윔프에서 발생한 신호라면 윔프의 질량은 최소 200GeV/c²로, 양성자보다 200배 이상 무거울 가능성이 있는 것으로 추정됐다.
이번 신호의 통계적 유의성은 2.6시그마로 나타났다. 시그마(σ)는 관측된 결과가 단순한 우연으로 발생했을 가능성을 나타내는 통계적 기준으로, 시그마 값이 높을수록 우연일 가능성이 낮다는 의미다. 이번 결과는 기존에 알려진 배경신호만으로 같은 신호가 우연히 나타날 확률이 약 0.5% 수준이라는 뜻이다.
물리학계에서 새로운 입자의 발견을 인정하는 기준은 일반적으로 5시그마다. 따라서 이번 결과만으로 윔프나 암흑물질을 발견했다고 확정하기는 아직 이르다.
이에 따라 연구진은 샌퍼드 지하연구시설에서 윔프 탐색을 계속해 추가 데이터를 확보하고 이번에 포착된 신호가 실제 암흑물질에서 비롯된 것인지 검증할 계획이다.
이번 연구 결과는 1일 일본에서 열린 TeVPA 2026에서 공개된데 이어 같은 날 논문 사전공개 사이트 아카이브(arXiv)에 게재됐다. 연구진은 국제학술지 '피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)'에도 논문을 투고했다
김영덕 단장은 "IBS는 아시아 연구기관으로는 유일하게 LZ 연구에 참여한 데 이어 차세대 실험인 XLZD에도 함께하고 있다"면서 "이번 연구로 윔프 관측 시 우수한 성능을 보이고 있는 액체제논 검출기 실험에서 한국이 더 주도적인 역할을 할 수 있을 것"이라고 말했다.
◎공감언론 뉴시스 [email protected]
IBS는 지하실험연구단 김영덕 단장팀이 참여한 LUX-ZEPLIN(LZ) 국제공동연구진이 1일 일본에서 열린 '2026 TeV 입자천체물리학 국제학술대회(TeVPA 2026)'에서 이 같은 연구 결과를 발표했다고 밝혔다.
암흑물질은 빛과 거의 반응하지 않아 눈으로 볼 수 없지만 중력 등을 통해 존재하는 것으로 추정되는 물질로 우주 전체 물질의 약 85%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 아직 직접 관측된 적은 없다.
윔프는 '약하게 상호작용하는 무거운 입자'라는 뜻으로 암흑물질을 구성하는 후보 가운데 하나다. 무겁지만 다른 물질과 거의 반응하지 않아 직접 검출키 어렵고 드물게 윔프가 원자핵과 부딪히면 아주 미세한 빛과 전기적 신호가 발생할 수 있다.
LZ연구진은 이런 미세한 신호를 포착키 위해 미국 사우스다코타주 샌퍼드 지하연구시설(SURF) 지하 약 1.5㎞에 대형 검출기를 설치했다. 검출기에는 약 10t의 초고순도 액체제논이 들어 있다. 제논은 윔프와 같은 미세한 입자 반응이 일어났을 때 빛과 전기 신호를 만들어내기 때문에 암흑물질 탐색에 활용된다.
연구진이 지난 2023년 3월부터 2024년 4월까지 220일 동안 검출기에서 수집한 데이터를 분석한 결과, 암흑물질 신호가 나타날 것으로 예상되는 영역에서 입자와 원자핵의 상호작용 1건이 관측됐다. 입자 상호작용은 입자가 물질 내부의 원자핵 등과 부딪히면서 에너지를 전달하고 신호를 남기는 현상이다.
연구진은 자연 방사선이나 중성자, 검출기 자체에서 발생하는 잡음 등 암흑물질이 아니어도 비슷한 신호를 만들 수 있는 원인을 수개월간 분석했지만 이번 신호를 명확하게 설명하기 어려웠다고 밝혔다.
실제 윔프에서 발생한 신호라면 윔프의 질량은 최소 200GeV/c²로, 양성자보다 200배 이상 무거울 가능성이 있는 것으로 추정됐다.
이번 신호의 통계적 유의성은 2.6시그마로 나타났다. 시그마(σ)는 관측된 결과가 단순한 우연으로 발생했을 가능성을 나타내는 통계적 기준으로, 시그마 값이 높을수록 우연일 가능성이 낮다는 의미다. 이번 결과는 기존에 알려진 배경신호만으로 같은 신호가 우연히 나타날 확률이 약 0.5% 수준이라는 뜻이다.
물리학계에서 새로운 입자의 발견을 인정하는 기준은 일반적으로 5시그마다. 따라서 이번 결과만으로 윔프나 암흑물질을 발견했다고 확정하기는 아직 이르다.
이에 따라 연구진은 샌퍼드 지하연구시설에서 윔프 탐색을 계속해 추가 데이터를 확보하고 이번에 포착된 신호가 실제 암흑물질에서 비롯된 것인지 검증할 계획이다.
이번 연구 결과는 1일 일본에서 열린 TeVPA 2026에서 공개된데 이어 같은 날 논문 사전공개 사이트 아카이브(arXiv)에 게재됐다. 연구진은 국제학술지 '피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)'에도 논문을 투고했다
김영덕 단장은 "IBS는 아시아 연구기관으로는 유일하게 LZ 연구에 참여한 데 이어 차세대 실험인 XLZD에도 함께하고 있다"면서 "이번 연구로 윔프 관측 시 우수한 성능을 보이고 있는 액체제논 검출기 실험에서 한국이 더 주도적인 역할을 할 수 있을 것"이라고 말했다.
◎공감언론 뉴시스 [email protected]
