지하 1천m에서 우주 비밀 캐낸다…기초과학연구원 '예미랩' 준공

강원도 정선 지하 1000m에 3000㎡ 대형 실험실 갖춰
암흑물질 존재 확인-중성미자 특성 연구 목적
세계 6위급 규모, 첨단·최신 기술 검출기 설치

기초과학연구원이 5일 준공한 지하실험실 예미랩

[아시아경제 김봉수 기자] 강원도 정선 지하 1000m 갱도에 넓이 약 3000㎡의 거대한 실험실이 완공돼 우주의 비밀을 밝혀내는 연구를 시작한다.

과학기술정보통신부, 기초과학연구원(IBS)은 5일 오후 강원도 정선군 한백읍 한백철광에 위치한 예미랩 준공식을 개최했다. 약 350억원을 들여 지상 연구소는 옛 한백중·고등학교 건물을 리모델링했고, 지하 연구실은 예미산 소재 한백철광 갱도의 반대편에 따로 터널을 만들어 구축했다. 지하에서 지상 출입구까지 600m에 달하는 엘리베이터를 한백철광 측과 공유해 예산을 절약했다.

지하 1000~1100m 깊이에 위치한 고심도 지하실험시설로 2020년 8월 지하터널 공사를 완공했으며, 지난달 차세대 대용량 검출기 인프라 구축 공사와 지상연구실 리모델링을 완료했다. 비슷한 지하 실험실 중 넓이 약 3000㎡로 세계 6위 수준을 자랑한다. 그동안 강원도 양양군 소재 지하 700m 아래 300㎡ 규모의 양양실험실을 운용했지만 크기와 깊이 모두 한계에 달했었다.

이 연구시설은 우주를 구성하고 있는 것으로 추정되지만 아직 발견되지 않은 암흑물질 탐색, 중성미자 특성 연구가 주목적이다. 세계 물리학계에서 우선적으로 풀어야 할 과제로 꼽고 있다. 특히 지하 1000m 이하에 연구실을 설치한 이유이기도 하다. 암흑물질과 중성미자가 내는 신호는 포착하기 매우 어렵기 때문에 배경잡음(우주선 등)을 최대한 줄일 수 있는 연구 환경이 필수적이다. 세계적으로도 많은 나라들이 지하 깊은 곳에 연구시설을 구축해 암흑물질 존재 확인, 중성미자 특성 연구 등에 활용하고 있다.

IBS 지하실험 연구단은 내년부터 양양실험실의 장비를 예미랩으로 이전해 중상미자 미방출 이중베타붕괴(AMoRE-II) 연구와 암흑물질탐색(COSINE-200) 연구 등 우주의 근원을 탐구하는 연구를 본격적으로 수행할 예정이다. AMoRE-II 실험은 몰리브덴을 이용해 중성미자 물리적 특성을 규명하는 연구다. 양양에서 수행된 AMoRE-1 실험에 이어 예미랩에서는 몰리브덴 결정 크기를 기존 6kg에서 200kg까지 키워 진행할 예정이다.

COSINE-200은 우주의 약 26%를 차지하지만, 현재까지 관측된 적 없는 암흑물질을 탐색하는 연구이다. 지구로 날아온 암흑물질과 COSINE 검출기 내 결정(아이오딘화나트륨, NaI)의 충돌 과정에서 암흑물질의 흔적을 탐색한다. IBS 지하실험 연구단은 이탈리아 연구팀이 발견한 암흑물질 유력 후보 '윔프(WIMP, Weakly Interacting Massive Particle) 입자'가 97% 이상의 확률로 암흑물질이 아니라는 연구 결과를 2018년 네이처(Nature)지에 게재하여 세계 물리학계 주목을 받은 바 있다.

예미랩에는 다른 연구시설들도 입주한다. 이미 기상청이 국가 지진 관측망 구축과 지진관측장비 성능검증을 위한 실험실을 꾸미고 있다. 한국지질자원연구원도 심부 암반의 거동연구, 지하공간의 특성 평가와 모니터링, 안정성 연구 등을 위해 예미랩을 활용하고 있다. 국가수리과학연구소, 경북대학교, 한국원자력연구원, 한국표준과학연구원도 입주할 예정이다. 또 미국 중성미자 연구그룹(IsoDAR) 등 해외 연구기관과의 공동 연구도 추진할 예정이다.

오태석 과기정통부 제1차관은 “특정 기초과학 분야에서는 거대 연구시설이 세계적인 연구 성과 창출에 필수적”이라며 "세계 6번째 규모의 지하실험 연구시설인 예미랩에서 국내·외 연구자들이 공동연구를 수행하며 더욱 세계적인 연구공간으로 발전시켜 나갈 것을 기대한다"고 말했다. 노도영 IBS 원장도 “단 한 건의 안전사고 없이 예미랩이 잘 구축되어 기쁜 마음이며, 예미랩의 공동 활용을 활성화하여, 다양한 국가 과학기술 분야의 성과 창출에 기여하겠다”고 밝혔다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr