23일 연구진에 따르면 물리학자들은 포털(Portal)이라는 개념을 빌어 암흑세계의 입자들을 탐색한다. 포털은 암흑세계의 입자들을 표준모형 속 입자와 연결하는 소통 통로와 같다. 포털을 통한 암흑세계 탐색이 우주에 대한 이해를 확장하는데 결정적인 역할을 한다.

우리가 눈으로 볼 수 있는 물질은 전체 우주에서 불과 4.5%에 불과하다. 눈에 보이는 이 세계는 전자·광자 등 서로 다른 17개의 기본 입자들로 구성돼 있다. 이 기본 입자들을 체계적으로 정리한 이론이 바로 표준모형(standard model)이다. 이와 함께 우리 눈에 보이지 않는 물질들도 우주를 구성하고 있다. 표준모형이 설명할 수 없는 나머지 영역을 암흑세계 혹은 숨겨진 영역(Hidden Sector)이라 부른다.

이혜성 연구위원, 쿠니오 카네타 연구위원, 윤석훈 인턴학생은 암흑물질의 후보입자인 액시온(Axion)과 가상입자인 암흑광자를 연결하는 포털의 가능성을 이론적으로 입증하는데 성공했다. 현재 액시온 탐색 실험에 이용되는 액시온 포털은 액시온이 한 쌍의 광자로 붕괴된다는 이론(액시온-광자-광자 상호작용)에 근거한다.

암흑광자 연구에는 벡터 포털(Vector portal)이 중요하게 사용되는데, 광자가 암흑광자로 변환할 수 있음을 이용한다. 그간 액시온 포털과 벡터 포털은 각자 독립적으로 연구되며 두 분야를 연결하려는 시도가 없었다. IBS 연구진은 이번 연구에서 액시온이 광자와 암흑광자로 변환하는 새로운 포털을 제시하고 이를 학계에 보고했다.

교신저자인 이혜성 연구위원은 "이번 연구는 독립적으로 연구되던 액시온 연구와 암흑광자 연구, 두 분야를 잇는 유의미한 연결고리를 최초로 제시했다는데 의의가 있다"고 말했다.

김달호 기자

<저작권자ⓒ대전일보사. 무단전재-재배포 금지>