`암흑 물질(Dark Matter)` 연구 새 실마리

액시온-광자-암흑광자 '연결 포탈' 제시

암흑물질의 후보로 거론되는 '액시온' 검출에 한발 다가섰다.

인간이 눈으로 볼 수 있는 물질은 전체 우주의 5%에 불과하다. 눈에 보이는 세계는 광자, 전자 등 서로 다른 17개의 기본 입자로 구성돼 있다. 이를 체계적으로 정리한 것이 '표준모형'이다.
표준모형으로 설명할 수 없는 나머지 영역을 '암흑세계'라고 부른다.

암흑세계에는 암흑물질(27%)과 암흑에너지(68%)로 구성돼 있다. 이중 암흑물질의 후보로 액시온이 주로 거론되고 있다. 암흑세계 입자들은 자신들끼리만 상호작용하기 때문에 입자를 직접 탐색하거나 연구하기가 힘들다. 이런 이유로 물리학자들은 '포털'이라는 개념으로 암흑세계 입자들을 탐색한다.

포털은 암흑세계 입자들을 표준모형 속 입자와 연결하는 소통 통로와 같다. 포털은 암흑세계 입자와 표준모형 입자가 약하게나마 상호작용할 수 있도록 가능성을 열어준다. 포털을 통한 암흑세계 탐색이 우주에 대한 이해를 확장하는데 결정적인 역할을 한다.

기존 액시온 포털 연구는 표준모형에 없는 새롭고 무거운 '쿼크'가 존재한다는 가정에서 출발했다. 쿼크는 암흑세계와 표준모형을 잇는 매개 입자다. 연구팀은 쿼크가 암흑세계의 전하인 '암흑전하'를 가질 수 있다는 성질을 부여해 액시온이 암흑광자와 상호작용할 수 있는지 연구를 시작했다 .

연구팀은 쿼크가 암흑광자와 상호작용할 수 있다는 가능성에 착안해 '액시온-광자-암흑광자' 상호작용 크기를 도출해내는 데 성공했다. '액시온-광자-암흑광자' 사이의 상호작용이 만들어지면서 암흑광자를 통해 액시온을 검출할 수 있게 됐다. 연구팀은 새로운 포털을 '암흑 액시온 포털'(액시온-광자-암흑광자)이라 명명했다.

한 연구위원은 "독립적으로 연구되던 액시온 연구와 암흑광자 연구를 잇는 연결고리를 최초로 제시한 것"이라며 "기존에 탐색하는 관측 범위를 늘리거나 기존의 실험 결과를 색다르게 해석할 수 있는 이론적 토대가 마련됐다"고 말했다.

http://www.hellodd.com/?md=news&mt=view&pid=61164