우주의 기원과 진화에 대한 비밀을 간직한 ‘유령 입자’로 불리는 중성미자는 현대 물리학이 해결해야 할 핵심 소립자 중 하나이다. 이미 알려진 중성미자 이외의 새로운 중성미자를 찾으려는 노력이 전남 영광에 위치한 한빛 원자력발전소의 원자로를 활용해 수행될 계획이다.

17일 전남대에 따르면 전남대학교 선도연구센터(중성미자 정밀 연구센터, 센터장 주경광 교수) 소속 RENE 실험 연구팀(Reactor Experiment for Neutrinos and Exotics)은 한빛 발전본부 안에 미지의 새로운 중성미자를 찾기 위한 장비 제작을 마무리했다.

이 실험에는 전남대 선도연구센터를 주도로 광주과학기술원(GIST), 경북대, 경희대, 서울대, 세종대, 전북대 7개 기관 50여명의 연구원이 참여하고 있다.

장비는 원자로 중심으로부터 약 24m 떨어진 지점에 설치됐으며, 본격적인 가동과 탐지는 2025년 하반기부터 시작될 예정이다.

중성미자는 태양의 핵융합이나 원자로 핵분열 과정에서 방출되는 기본 입자로, 우주 전역에 무수히 존재한다. 이 입자의 성질과 변화를 규명하는 연구는 우주의 기원과 진화, 그리고 현재의 구조를 이해하는 데 핵심적인 단서를 제공한다.

문제는 중성미자는 질량이 극히 작고 전하를 띠지 않으며, 다른 물질과 거의 반응하지 않고 통과하기 때문에 관측이 매우 어렵다는 점이다. 그럼에도 불구하고 중성미자 연구는 지금까지 네 차례 노벨물리학상을 배출한 분야로, 미국과 일본 등 세계 각국이 차세대 대형 검출기 구축에 나서며 연구 경쟁을 가속화하고 있다.

국내에서는 RENE 연구팀이 중성미자를 찾아내는 연구를 진행할 계획이다. 특히 RENE 연구팀이 찾고있는 비활성 중성미자는 이미 관측된 세 종류의 전자·뮤온·타우 중성미자 간의 진동 변환 과정에 관여하는 것으로 알려진 제4의 중성미자 후보로, 중력을 제외한 다른 기본 상호작용을 하지 않는다. RENE 연구팀은 이 영역의 특수성을 집중적으로 탐색해, 비활성 중성미자의 존재 여부를 확인할 예정이다.

이를 위해 연구팀은 기존 설계를 보완한 섬광 검출기를 자체 개발했다. 또한 전남대학교 황칠 파이롯트 플랜트 공간을 활용해 장비를 제작하고 성능 테스트를 완료한 상태이다. 이번 실험은 원자로 기반 중성미자 진동 실험에 핵심적인 자료를 제공할 것으로 기대된다.
주경광 센터장(전남대 물리학과 교수)은 “국내 연구진의 독자적인 기술로 검출 장비를 구축함으로써 입자물리학 분야의 새로운 가능성을 열게 됐다”며 “비활성 중성미자 연구는 현재 선진국들이 로드맵 최우선 과제 중의 하나로 삼고 있는 핵심 분야로, 이번 실험이 우리나라 후속 세대 연구자들이 세계 수준의 발견 과학에 참여할 수 있는 출발점이 되기를 바란다”고 밝혔다. 또한 “이번 연구는 국내 기초과학 역량의 제고는 물론, 전남대학교가 세계적인 과학 실험의 거점으로 자리매김할 수 있는 기회를 제공하며, 대학의 연구 인프라 확장과 국내외 공동연구 네트워크 구축에도 긍정적인 파급 효과를 가져올 것으로 기대된다”고 강조했다.

이어 “이번 연구는 영광군과 한빛 원전의 협조를 바탕으로 원자력발전소의 과학적 활용이라는 모범 사례가 될 수 있으며, 향후 국제적 연구 시설로 성장할 수 있는 중요한 계기가 될 것”이라고 덧붙였다.