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내 머리 속 공포기억, 시각자극으로 사라진다.

-기초과학연구원(IBS) 연구진, 외상 후 스트레스 장애(트라우마) 치료하는 뇌 회로 발견 -

- 네이처에 논문 게재 …정신적 외상 치료 기대 -

 

 

기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단 신희섭 단장 연구팀이 외상 후 스트레스 장애, 일명 트라우마를 치료하는 심리치료 요법효과를 세계 최초로 동물실험으로 입증하고 관련된 새로운 뇌 회로를 발견하였다.

o 과학기술정보통신부(장관 유영민)와 IBS(원장 김두철)는 이번 연구 성과가 세계최고 권위의 학술지 네이처(Nature, IF 41.577) 온라인 판에 2월 14일 새벽 3시(한국시간) 게재되었다고 밝혔다.

 

연구진은 고통스러웠던 상황의 기억으로 인해 공포반응을 보이는 생쥐에게 좌우로 반복해서 움직이는 빛 자극(양측성 자극)을 주었을 때, 행동이 얼어붙는 공포반응이 빠르게 감소하는 것을 발견했다.

* 안구운동 민감소실 및 재처리 요법(EMDR) : 외상 후 스트레스 장애 치료에 사용되는 심리치료 요법 중 하나. 환자가 공포기억을 회상하는 동안 눈동자를 좌우로 움직이게 만드는 시각적 운동을 동반해 정신적 외상을 치료한다.

o 시간이 지난 후다른 장소에서 비슷한 상황에 처할 경우에도 공포 반응이 재발하지 않는 것을 확인하였으며, 뇌 영역 중 공포기억과 반응에 관여하는 새로운 뇌 신경회로도 발견하였다.

o 행동/관찰 실험, 신경생리학 기법 등을 통해 공포반응 감소 효과는 시각적 자극을 받아들인 상구(안구운동과 주위집중 담당)에서 시작해 중앙 내측 시상핵(공포기억 억제 관여)을 거쳐 편도체(공포 반응 작용)에 도달하는 신경회로에 의해 조절된다는 사실을 확인하였다.

* 상구→중앙 내측 시상핵→편도체로 이어지는 신경회로를 광유전학 기법으로 강화하자 공포반응 감소 효과가 강하게 나타나고, 반대로 억제하자 공포 반응 감소 효과가 사라졌다.

 

이번 연구는 경험적으로만 확인된 심리치료 기법 효과를 동물실험으로 입증함으로써 외상 후 스트레스 장애 치료법의 과학적 원리를 밝혔다는데 의의가 있다.

o 정신과에서 활용되는 심리치료법효과를 동물실험으로 재현한 것은 이번이 처음이다. 공포기억을 회상하는 동안 좌우로 움직이는 빛이나 소리 등이 반복되면 정신적 외상이 효과적으로 치료된다는 사실은 기존에도 보고된 바 있었으나 원리를 알 수 없어 도외시되는 경우가 있었다.

 

신희섭 기초과학연구원 인지및사회성연구단장은“외상 후 스트레스 장애는 단 한 번의 트라우마로 발생하지만 약물과 심리치료에는 오랜 시간이 필요하다”“앞으로도 공포기억 억제 회로를 조절하는 약물이나 기술을 개발하는 연구에 집중해 외상 후 스트레스 장애를 쉽게 치료하는데 기여할 것”이라고 밝혔다.

 

출처-과학기술정보통신부

 

 

 

 

암흑물질 둘러싼 오랜 논란 검증 신호탄 쐈다

 

 

- IBS 지하실험연구단, “암흑물질 후보 윔프(WIMP) 신호 없음 확인” -

 

- 민감도 높인 검출기 자체제작 성공, 이탈리아 다마 실험 반증 데이터 확보 -

 

 

기초과학연구원(IBS) 지하실험 연구단 이끄는 코사인-100 공동연구협력단* 암흑물질을 둘러싼 오랜 논란을 검증 있는 길을 열었다.

  * 코사인-100 국제공동연구협력단 : 암흑물질을 탐색하는 코사인 실험을 운영하기 위해 구성된 국제공동연구진(이번 연구에 국내외 15개 기관 50명의 연구자가 참여)

 

 o 연구진은 이번에 암흑물질 검출 실험설비를 독자적으로 개발하여, 암흑물질의 유력한 후보 알려져 왔던 윔프(WIMP) 입자* 남긴 유일한 흔적을 반박할 데이터를 확보하는데 성공했다.

 

  * 윔프(WIMP, Weakly Interaction Massive Particle) : 약하게 상호작용하는 무거운 입자라는 뜻으로 이휘소 박사의 유고논문(1977)에서 그 아이디어가 시작됐다.

 

 o 과학기술정보통신부(장관 유영민) IBS(원장 김두철) 이번 연구성과가 네이처(Nature, IF 42.351) 온라인 판에 12 06 새벽 3(한국시간) 게재되었다고 밝혔다. 

 

우주의 26.8% 차지할 것으로 추정되는 암흑물질 아직까지 존재가 규명되지 않았다.

 

 

 o 암흑물질의 발견이 노벨상 수상으로 여겨질 정도로 학계의 관심이 높지만, 지금까지 암흑물질의 흔적이 발견된 이탈리아 그랑사소 입자물리연구소 다마(DAMA) 실험이 유일하였다.

 

 o 98 실험 이후 다마 팀은 20 동안 암흑물질 윔프의 신호를 착했다고 주장하고 있다. 하지만 다른 연구팀에 의해 검증된 적이 없어 다마 팀이 관측한 신호 정말 암흑물질인지에 대한 논란 이어지고 있다.

 

IBS 지하실험 연구단 강원도 양양에 위치한 지하 700m 깊이 실험실에서 2016년부터 다마 팀의 실험을 검증하기 위한 코사인-100 실험* 시작했다.

  * 코사인-100 실험 : 고순도의 결정에 암흑물질이 부딪혔을 때 내는 빛을 토대로 암흑물질의 존재를 규명하기 위한 실험이다.

 

 o  세계 유수의 연구팀들도 고순도 결정 제작기술과 높은 차폐 성능 구현 어려워서 다마 실험의 완벽 재현에는 실패 왔다. 구진은 다마 팀과 동일한 결정을 이용하는 검출기를 독자 개발하여 제작하는 성공했다.

 

 o 다마 팀에 비해 안정적인 검출환경 조성했다. 고체 차폐체에 액체 섬광체를 추가한 이중 차폐 설계를 도입 외부의 잡신호를 줄이는 동시에 결정 내부에서 만들어진 방사능도 줄였다. 기계학습을 접목해 인공지능으로 잡신호를 골라낼 있는 기술도 추가했다.

 

 o 이번 논문은 코사인-100 검출기가 초기 59.5(2016.10.20.~12.29)  확보한 데이터 분석한 결과를 토대로 쓰였다.

 

연구진의 코사인-100 실험 초기실험(16.10.20.~12.29, 59.5일간)에서 확보한 데이터는 다마 팀이 발견한 신호가 암흑물질에 기인하지 않을 있다는 가능성을 제시했다.

 

 

 o 이현수 부연구단장은 암흑물질의 발견은 우리가 알고 있는 모든 물리지식에 영향을 놀라운 사건”이라며 다마 실험을 완벽히 재현할 검출기를 자체 개발해서, 독립적인 실험을 시작했다는 자체에 학계가 주목했다” 말했다.

 

 o 또한, 연구진은 향후 추가 데이터를 확보 5 다마 팀의 주장을 완벽히 검증 혹은 반박할 있을 것으로 기대하고 있다.

 

<참고자료> : 1. 논문의 주요내용             2. 연구결과 개요

             3. 연구이야기                         4. 용어설명

             5. 그림설명                         6. 연구자 이력사항

 

 

 

 

 

 

논문의 주요 내용

 

□ 논문명, 저자정보

  - 논문명 : An experiment to search for dark matter interactions using sodium iodide detectors / Nature

  -   : Govinda Adhikari, Pushparaj Adhikari, Estella Barbosa de Souza, Nelson Carlin, Seonho Choi, Mitra Djamal, Anthony C. Ezeribe, Chang Hyon Ha(공동교신저자, IBS),Insik Hahn, Antonia J.F. Hubbard, Eunju Jeon, Jay Hyun Jo, Hanwool Joo, Woon Gu Kang, Woosik Kang, Matthew Kauer, Bonghee Kim, Hyounggyu Kim, Hongjoo Kim, Kyungwon Kim, Nam Young Kim, Sun Kee Kim, Yeongduk Kim, Yong-Hamb Kim, Young Ju Ko, Vitaly A. Kudryavtsev, Hyun Su Lee (공동교신저자, IBS), Jaison Lee, Jooyoung Lee, Moo Hyun Lee, Douglas S. Leonard, Warren A. Lynch, Reina H. Maruyama, Frederic Mouton, Stephen L. Olsen, Byungju Park,Hyang Kyu Park, Hyeonseo Park, Jungsic Park, Kangsoon Park,Walter C. Pettus, Hafizh Prihtiadi, Sejin Ra, Carsten Rott, Andrew Scarff, Keon Ah Shin, Neil J.C. Spooner, William G. Thompson, Liang Yang, and Seok Hyun Yong(COSINE-100 공동연구협력단)

 

□ 논문의 주요 내용

 1. 연구의 필요성

  ○ 우주의 26.8%를 차지하는 암흑물질(Dark matter)은 아직까지 그 존재가 명확히 밝혀지지 않았다. 과학자들은 여러 관측 결과를 토대로 중력과 약력으로 상호작용하고, 질량이 무거우며, 우리 눈에는 보이지 않는 미지의 입자가 있을 것으로 이론적으로 예측할 뿐이다. 약하게 상호작용하는 무거운 입자라는 뜻의 윔프(WIMP)는 그 특징이 암흑물질의 조건에 부합해 유력 후보로 꼽힌다.

  ○ 지금까지 윔프의 흔적을 발견한 건 이탈리아의 다마(DAMA) 실험이 유일하다. 1998년부터 계절에 따라 변하는 신호를 검출기로 포착하기 시작했고, 다마 팀은 이 신호를 암흑물질의 흔적이라고 보고했다. 문제는 현재까지 다마 팀을 제외한 세계 어느 팀도 실험을 재현하지 못했다는 것이다. 다마 팀이 포착한 신호가 정말 윔프의 흔적이 맞는지에 대한 논란이 이어졌다.

 2. 연구 내용  

  IBS 지하실험 연구단이 이끄는 코사인-100 공동연구협력단은 다마 팀을 재현하기 위한 코사인 검출기를 제작했다. 자체 연구개발(R&D)로 독자적인 고순도 요오드화나트륨(NaI) 결정 제작 기술을 확보했고, 지금까지 암흑물질 검출에 사용할 만한 고순도 요오드화나트륨 결정 제작에 성공한 건 다마 팀을 제외하고 코사인-100 연구단이 가장 앞서 있다.

  ○ 한편, 다마 실험 설비에 액체 섬광체를 추가해 안정적인 검출 환경을 조성했다. 연구진이 개발한 차폐기술은 검출기를 둘러싼 고체 차폐체를 통해 외부 방사능의 영향을 줄이는 동시에, 검출기를 담은 액체 차폐체를 이용해 결정내부에서 만들어진 방사능의 영향도 최소화할 수 있다. 뿐만 아니라 온도와 습도도 0.1% 오차 내에서 제어할 수 있어  외부환경에 의한 영향을 최소화했다.

  ○ 코사인 연구단은 강원도 양양 양수발전소 내 지하 700m에 위치한 지하실험실에서 2016년 데이터 수집을 시작했다. 초기 59.5일간의 데이터를 분석한 결과 다마 팀이 주장한 신호를 포착하지 못했다. 다마 팀이 포착한 신호가 암흑물질이 맞다면 이 기간 동안 1200번의 신호가 포착돼야 했지만, 연구단의 검출기에는 이런 신호가 검출되지 않았다.

3. 연구 성과

  ○ 코사인-100 연구단의 데이터는 다마 실험의 결과와 이를 토대로 쓰인 이론들을 상당부분 반증했다. 연구진은 코사인-100 검출기를 이용해 지속적으로 데이터를 확보할 계획이다. 추가 데이터를 얻으면 다마 실험의 결과를 완전히 검증 혹은 반증할 수 있다. 20년이 넘도록 이어진 암흑물질을 둘러싼 미스터리를 풀어낼 기회가 열렸다는 의미다.

  ○ 암흑물질 검출은 주변의 배경 방사능을 최소화하고, 고순도 결정의 양이 많을수록 확률이 높아진다. 코사인 연구단은 2021년부터 강원도 정선의 1100m 깊이의 새 지하실험실에서 실험을 계속할 계획이다. 더 깊은 지하에서는 우주에서 오는 배경 방사능으로 인한 잡신호를 줄일 수 있다. 연구단은 향후 5년 내 암흑물질 미스터리를 완벽히 해소할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

 

 

 

 

1. 연구배경

  ㅇ 우리가 아는 모든 물질이 전체 우주에서 차지하는 비중은 4.9%에 불과하다. 아직 밝혀지지 않은 26.8%를 차지하는 것은 ‘암흑물질(Dark matter)’이다. 은하의 회전속도나 중력렌즈 효과 등 우주관측 결과를 토대로 과학자들은 암흑물질의 존재를 예측해왔다. 하지만 암흑물질의 흔적을 실제로 발견한 적은 거의 없다. 눈에 보이지도 않을뿐더러 중력과 약력을 제외하고는 다른 물질과 상호작용을 하지 않기 때문이다.

  ㅇ 세계 수많은 물리학자들은 독자적으로 암흑물질의 후보입자를 찾기 위해 노력 중이다. 이론적으로 몇 개의 가상 입자가 암흑물질의 후보로 제시됐다. 그중 하나가 ‘약한 상호작용을 하는 무거운 입자’라는 뜻의 윔프(WIMP, Weakly Interaction Massive Particle).

  ㅇ 현재까지 윔프의 흔적을 발견한 건 이탈리아 그랑사소 입자물리연구소에 본거지를 둔 국제공동연구팀의 다마(DAMA) 실험이 유일하다. 1995년부터 다마 팀은 지하실험실에 설치한 검출기로 암흑물질을 탐색하는 실험을 시작했다. 1998 계절별로 변하는 신호를 발견했고, 이를 낮은 질량의 윔프(WIMP)라 주장했다. 지구가 공전궤도를 지나는 과정에서 서로 다른 암흑물질 지역을 통과하는 과정에서 신호가 달라진다는 것이었다. 하지만 20년이 지난 현재까지 세계 어느 연구팀도 다마 팀이 측정한 에너지 범위에서 윔프의 신호를 발견하지 못했다.

 2. 연구내용

  IBS 지하실험 연구단은 양양 양수발전소 지하 700m에 지하실험실(Y2L)을 마련하고, 2016년 다국적 공동연구팀을 꾸려 다마 팀의 실험을 재현하기 위한 ‘코사인-100 실험(COSINE-100)’을 시작했다. 이번 논문은 실험 극 초기인 20161020일부터 1229일까지 59.5일간 얻어진 데이터를 해석한 결과다.

  ㅇ 대부분의 윔프 검출 실험은 지구로 날아온 윔프 입자와 검출기 내 결정의 충돌 과정에서 흔적을 찾도록 설계된다. 초속 수백㎞로 날아온 윔프가 원자핵과 충돌하면 원자핵은 이 과정에서 광자를 방출하게 되는데, 이 신호를 검출하는 것이다. 윔프가 아닌 뮤온 등 우주선이나 방사선의 영향을 줄이기 위해 물이나 금속으로 차폐한다.

  ㅇ 코사인 실험은 다마와 마찬가지로 고순도 요오드화나트륨(NaI)결정을 사용했다. 4개씩 2층 배열로 놓인 총 106kg의 결정이 이번 실험에 사용됐다. 지금까지 여러 연구팀이 다마 실험 재현에 실패한 것은 주된 불순물인 칼륨과 납을 효과적으로 줄이는 기술을 개발하지 못해 순도가 높은 결정을 제작하지 못한데 있다. 코사인-100 공동 연구 협력단은 전신인 한국암흑물질탐색그룹(KIMS)때부터 20년간 지속적인 연구개발을 통해 독자적인 결정 제작 능력을 키운 결과 이 같은 성과를 올릴 수 있었다.

 

  ㅇ 한편, 다마 실험보다 안정적인 검출 환경도 조성했다. 코사인 실험은 요오드화나트륨 결정 모듈이 2200리터의 액체 섬광체 속에 담기도록 설계됐다. 배경 방사능을 식별하고 실시간으로 차폐하기 위해서다. 또 액체 섬광체를 구리, , 및 플라스틱 섬광체로 다시 둘러싸 외부 방사선뿐만 아니라 뮤온 등 우주선에 의한 배경 방사선의 영향도 최소화했다. 이를 통해 지상에 비해 방사능에 의한 잡신호를 수십만 배 줄였다. 이와 함께 인공지능의 학습기법인 기계학습(machine-learning)을 도입해 인공지능이 윔프의 흔적이 아닌 잡음을 배제할 수 있도록 했다.

  ㅇ 이 설비로 연구진이 59.5일 간 얻은 데이터에는 다마 팀이 주장한 윔프의 신호가 발견되지 않았다. 만약 다마 팀이 검출했던 신호가 윔프라면, 이론적으로 분석 기간 동안 1200개 정도의 신호가 검출돼야 하지만 신호는 관측되지 않았다. 암흑물질이 없는 상황을 가정하고 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 예측한 데이터와 실제 관측된 데이터는 일치했다. , 조사한 영역 대에서 윔프의 흔적은 찾을 수 없었다는 것이다.

  결론 : 다마 팀이 검출했다고 주장하는 윔프 신호는 20년이 넘도록 암흑물질의 유일한 증거였지만, 타 연구단에 의한 검증 자체가 불가능했다. 코사인-100 공동연구협력단이 다마 실험을 완벽히 재현할 수 있는 설비를 마련하고, 검증 연구를 시작했다는 것만으로도 학계에 일으키는 파장은 매우 크다. 또한 이번 실험은 초기 데이터를 통해 다마 팀이 관측한 신호가 보편적인 암흑물질 모델과 일치하지 않는다는 것을 보여줬다.

3. 기대효과

  ㅇ 코사인-100 공동연구협력단은 IBS의 주도로 요오드화나트륨 검출기의 데이터에서 암흑물질의 신호를 검출하기 위한 데이터를 계속 수집하고 있다. 이번 연구를 통해 반증의 씨앗을 제공한 만큼, 추가로 데이터가 더해지면 암흑물질의 미스터리가 해소될 것으로 기대된다.  

  ㅇ IBS 지하실험 연구단은 성능을 높인 차세대 요오드화나트륨 결정을 제작하기 위한 연구개발을 수행하고 있다. , 현재 강원도 정선 한덕철광 부지 지하 1100m에 새로운 지하실험실을 구축하고 있다. 배경 방사능의 신호를 더 줄인 새로운 실험실과 연구진이 자체 개발한 결정을 토대로 연구진은 다음 단계 실험을 시작할 계획이다. 향후 다마 팀을 완벽히 검증할 데이터를 확보할 뿐 아니라 낮은 질량 암흑물질 탐색에 세계 최고 민감도를 갖춘 검출기를 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

 

 

연구 이야기

 

연구를 시작한 계기나 배경은?

 그동안 다마 실험의 논란은 입자물리학계의 커다란 이슈였다. 다마 팀을 제외한 세계 어느 연구팀도 실험을 재현하지 못한 만큼, 실험에 대한 독립적인 검증이 학계에서 지속적으로 요구돼 왔다. 하지만 실험의 복잡함과 민감도가 높은 결정 제작의 어려움으로 인해 선뜻 검증실험을 진행하고자 하는 연구단이 나타나지 않았다. 우리 연구단의 전신이 한국암흑물질탐색그룹(KIMS)은 지난 20년간 비슷한 요오드화세슘(CsI) 결정으로 암흑물질연구를 해왔기에 이를 수행하기 가장 적합한 그룹으로 회자돼왔다.

 

연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소가 있었다면 무엇인지? 어떻게 극복(해결)하였는지?

 윔프 검출 실험에서 중요한 부분 중에 하나는 요오드화나트륨(NaI) 결정을 얼마나 민감도가 높게 만드느냐이다. 이 결정은 공기 중에 노출되면 라돈과 같은 배경 방사능 물질이 잘 붙고, 쉽게 녹아버리는 성질을 가지고 있다. 따라서 결정을 성장시부터 검출기에 설치시까지 잘 보관해서 최대한 외부 방사능 노출을 막는 것이 관건이었다. 우리는 다른 실험과 달리 다마 팀의 설계에 추가로 액체 섬광체에 이 결정 검출기를 담궈서 외부 방사능을 줄임과 동시에 결정내부에서 나오는 방사능도 감소시킬 수 있었다. 이 부분은 현재 우리 실험이 최초로 수행한 방식이다.

 

이번 성과, 무엇이 다른가?

 우리는 과학 연구의 가장 기본적인 원칙인 실험의 독립적인 재현을 수행하고 있다. 전 세계 수많은 암흑물질 실험연구자들이 암흑물질에 의한 상호작용을 발견하려 하고 있다. 이번에 우리가 이룬 것은 다마 실험의 논란을 같은 물질, 같은 실험방식으로 최초로 검증 혹은 반증할 수 있는 실험을 수행하고 있다는 것이다. 추가로 초반 59.5일의 데이터에서 기존 이론에 의한 암흑물질은 다마 실험을 설명할 수 없다는 결과를 얻었다.

 지금까지 우리나라에서 자체 성장해서 수십 년간의 연구개발을 거쳐서 거대 검출기를 만들고, 외국 연구자들이 참여해 연구를 수행한 사례는 많지 않다. 90년대 후반부터 시작한 한국형 암흑물질 연구가 이제 규모와 민감도 면에서 세계적으로 내로라 할 성과를 내고 있는 것이다.

 

이루고 싶은 목표와, 향후 연구계획은?

 우리가 수집하고 있는 데이터를 축적하면 향후 5년 내 다마 실험을 완벽하게 검증 혹은 반증할 수 있을 것으로 보인다. 우리 연구단은 강원도 정선에 1100m 깊이 지하실험실을 구축하고 있으며, 고순도 결정을 직접 제작하는 연구도 진행 중이다. 향후 이 모든 것이 잘 조화되면 암흑물질 뿐 아니라 기대하지 못한 현상에 대한 연구가 가능하리라 생각한다.

 

 

 

1. 네이처(Nature)

  세계 최고 권위의 학술지로, 피인용지수(Impact Factor) 42.351이다.

 

2. 암흑물질(Dark matter)

  우주의 구성 성분 우리가 아는 모든 물질은 4.9% 불과하며, 과학자들은 암흑물질의 비중을 26.8% 추정하고 있다. 암흑물질 후보는 윔프(WIMP), 액시온(Axion), 비활성 중성미자(Sterile Neutrino) 등이 꼽힌다.

 

3. 요오드화나트륨 결정(Sodium-iodide target material)

  요오드화나트륨 원자들이 격자구조로 성장돼 만들어진 결정으로 투명하며, 결정 내에서 상호작용이 일어나면 빛을 내는 특징이 있다. 결정이 습도에 매우 취약해 결정으로 검출기를 만드는데 상당한 기술이 요구된다.

 

4. 다마 실험 (DAMA)

  이탈리아 그랑사소 입자물리연구소의 지하실험실에서 진행되는 암흑물질 검출 실험이다. 250kg 고순도 요오드화나트륨 결정으로 암흑물질을 탐색한다.

 

5. 한국 암흑물질 탐색 그룹(KIMS, Korea Invisible Mass Search)

  코사인(COSINE) 실험의 전신으로 요오드화세슘(CsI) 결정을 이용해 90년대 후반부터 양양 양수발전소 내에서 실험을 해왔다. 최근까지 다수의 저널에 실험 결과를 발표하며 계속 운영해 왔으며, 현재는 앞으로 코사인 실험에 사용될 각종 결정 연구개발(R&D) 사용되고 있다.

 

6. 코사인 실험(COSINE)

  다마 실험의 검증을 위해 설계된 실험으로 2016년부터 데이터를 수집하기 시작했다. 100kg 요오드화나트륨(NaI) 결정을 이용해 암흑물질이 결정의 원자핵과 반응할 나오는 빛을 측정하는 실험이다.

 

7. 코사인-100 국제공동연구팀

  코사인 실험 운영을 위해 구성된 15 기관 50 명의 국제공동연구진. 국내에서는 IBS 비롯해 서울대, 고려대, 성균관대, 이화여대, 세종대, 경북대, 한국표준과학연구원, 과학기술연합대학원대학교(UST) 참여했다. 국외에서는 미국 예일대, 미국 일리노이대, 미국 위스콘신대, 영국 셰필드대, 브라질 상파울로대, 인도네시아 반둥공과대가 참여했다.

 

 

그림입니다. 원본 그림의 이름: 스크린샷 2018-10-18 오후 4.24.10.png

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[그림 1] 코사인 검출기의 모식도

 코사인 실험 검출기의 모습. 검출기 모듈은 그림 a)처럼 가로 200cm, 세로 300cm, 높이 200cm 차폐체 안쪽에 구리 박스안에 위치한다. 차폐체의 벽면은 플라스틱 섬광체 패널(파란색), 벽돌(회색) 구리박스(황갈색)으로 이뤄진 여러 겹의 차폐체로 구성된다. 윔프의 신호가 아닌 외부 방사선이나 우주선으로부터 오는 신호를 막기 위해서다. 코사인-100 공동연구협력단은 차폐체 내부에 사방으로 40cm 두께의 액체섬광체(b) 검출기를 감싸 안정적인 검출 환경을 구축했다. 검출기에는 캡슐화된 요오드화나트륨 결정 8개가 사용된다(c).

그림입니다. 원본 그림의 이름: CLP000019840001.bmp 원본 그림의 크기: 가로 1398pixel, 세로 929pixel

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[그림 2] 이현수 부연구단장과 하창현 연구위원

이현수 IBS 지하실험 연구단 부연구단장(왼쪽, 공동교신저자) 하창현 연구위원(오른쪽, 공동교신저자) 양양지하실험실(Y2L)에서 전달된 신호를 분석하고 있다.

 
그림입니다. 원본 그림의 이름: CLP000019840002.bmp 원본 그림의 크기: 가로 1396pixel, 세로 928pixel

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[그림 3] 결정 상태를 살피고 있는 IBS 지하실험 연구단 연구진

IBS 지하실험 연구단 연구진이 제작된 요오드화나트륨(NaI) 결정의 상태를 살피고 있다.

 

                그림입니다. 원본 그림의 이름: ibs 암흑물질 연구시설.JPG 원본 그림의 크기: 가로 1919pixel, 세로 1079pixel

 

[그림 4] IBS 지하실험 연구단의 우주연구시설

IBS 지하실험 연구단은 강원도 양양 지하실험실에서 현재 코사인-100 실험을 진행하고 있다. 이후 2021 정선 지하실험실이 완공되면, 개발 중인 고성능 차세대 요오드화나트륨(NaI) 검출기를 이용해 확장된 실험을 이어갈 계획이다. 지하실험실에서 확보된 데이터는 실시간으로 대전 IBS 본원 지하실험 연구단의 연구실로 전달된다.

 

              그림입니다. 원본 그림의 이름: 양양 지하실험실.JPG 원본 그림의 크기: 가로 1919pixel, 세로 1079pixel

[그림 5] 양양 지하실험실(Y2L) 모습

이번 연구의 데이터를 확보한 양양 지하실험실의 모습. 지하 700m 깊이의 실험실로 IBS 지하실험 연구단의 전신인 한국암흑탐색그룹(KIMS) 요오드화세슘(CsI) 검출 실험부터 현재 요오드화나트륨(NaI) 이용한 실험까지 진행하고 있다.

 

              그림입니다. 원본 그림의 이름: 정선 엘레베이터.JPG 원본 그림의 크기: 가로 1918pixel, 세로 1079pixel

 

 

[그림 6] 정선 지하실험실 엘리베이터

2021년부터 운영 예정인 정선 지하실험실은 현재 연구자들을 지하 공간까지 인솔할 엘리베이터 시설 구축까지 완료된 상태다.

 

 

 

 

 

[그림 7] WIMP-핵자 충돌단면적 결과

  지구로 날아온 윔프는 요오드화나트륨(NaI) 결정에서 나트륨(Na) 원자핵 또는 요오드(I) 원자핵과 충돌할 있다. 다마 실험의 결과는 윔프와 나트륨의 충돌은 그림 빨간 점선 부분에서, 윔프와 요오드의 충돌은 그림 파란색 점선 부분에서 흔적을 나타낼 것으로 예측했다. 하지만 코사인 실험의 초기 59.5일의 데이터에서는 다마 팀이 주장한 윔프의 흔적을 발견할 없었다. 그림에서 코사인-100 실험에서 측정한 검은색 데이터 포인트 위쪽은 윔프가 없다는 것을 보여준다.

 

 

 

 

  연구자 이력사항

<김영덕 단장, IBS 지하실험 연구단 단장 세종대학교 교수>

 [공동저자 연구책임자]

그림입니다. 원본 그림의 이름: 스크린샷 2018-09-21 오전 11.44.02.png

 

1. 인적사항

  : 기초과학연구원(IBS) 지하실험 연구단

             세종대학교 물리학과 교수

: 042-878-8500

 e-mail : ydkim@ibs.re.kr

 

2. 학력

 1978-1985     학사, 서울대학교 핵공학과

 1985-1991     박사, Michigan State University

 

3. 경력사항

 2013 현재 기초과학연구원 지하실험 연구단 단장

 2012 2013 로렌스리버모어 연구소 방문연구원

 2005 2006 콜롬비아 대학교 방문연구교수

 1998 현재 세종대학교 교수

 1995 1998 서울대학교 브레인풀 연구원

 1992 1995 일본고에너지물리연구소 JSPS 연구원

 1991 1992 미국 인디아나대학교 연구원

 

4. 전문 분야 정보

 1999 세종대 우수연구업적상

 섬광물질, 광증배관의 테스트

 암흑물질 탐색, 중성미자 미방출 이중베타 붕괴

 2013 AAP2013 국제회의 의장단

 2012 현재 KIMS 실험 대표

 2011 현재 Neutrino Factory Conference, 과학자문위원회 위원

 2010 현재 -CERN 협력추진위원회 위원

 2004 현재 아모레 실험 실행위원

 2002 현재 한국물리학회 정회원

 

<이현수 IBS 지하실험 연구단 부연구단장>

[공동교신저자]

그림입니다. 원본 그림의 이름: untitled.png 원본 그림의 크기: 가로 261pixel, 세로 342pixel

 

1. 인적사항

    : 기초과학연구원(IBS) 지하실험 연구단

  : 042-878-8563

 e-mail : hyunsulee@ibs.re.kr

 

2. 학력

 1996 2000        학사, 서울대학교 물리학과

2000 2007        박사, 서울대학교 물리학과

 

3. 경력사항

 2007 2011 미국 페르미 연구소, 시카고 대학교 연구원

 2011 2012 고려대학교 연구교수

 2012 2015 이화여자대학교 물리학과 조교수

 2015 현재 지하실험 연구단 부연구단장

2015 현재 COSINE 실험 공동대표

 

4. 전문 분야 정보

 CDF 가속기 실험, KIMS 실험책임자, COSINE 실험책임자

 2007 우수 박사논문상(서울대학교)

 2007 C.N. Yang (아태 물리재단)  

 2011 대통령 포스트닥 펠로우 (한국연구재단)

 2013 영운상 (한국물리학회)

 2016 젊은과학자상 (동아일보/포스텍)

 

 

 

<하창현 IBS 지하실험 연구단 연구위원, 공동교신저자>

 

그림입니다. 원본 그림의 이름: 스크린샷 2018-09-21 오후 1.21.46.png

1. 인적사항

    : 기초과학연구원(IBS) 지하실험 연구단

  : 042-878-8525

 E-mail : changhyon.ha@gmail.com

 

2. 학력

 1997 2003        학사, 경희대학교 물리학과

 2004 2011        박사, 펜실베니아 주립대 물리학과

 

3. 경력사항

 2011 2014        박사 연구원, UC 버클리대학교 물리학과, LBNL

 2015 현재        연구위원, 기초과학연구원 지하실험 연구단

 

4. 전문 분야 정보

 IceCube 중성미자 실험, COSINE-100 암흑물질 실험

 2004 Braddock (펜실베니아 주립대학교)

 2009 David C. Duncan (펜실베니아 주립대학교)  

 2017 우수연구자상 (기초과학연구원)

 2018 영운상 (한국물리학회)

 

 

 

출처-과학기술정보통신부

 

 

 

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