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[퓨처 Eyes(114)] 미·일 "우주 존재의 비밀, '유령 입자'가 쥐고 있다"
- 우리는 왜 존재하는가? 철학적인 질문처럼 들리지만, 이는 현대 물리학이 풀지 못한 가장 거대한 수수께끼 중 하나다. 약 138억 년 전, 우주가 '빅뱅(Big Bang)'으로 처음 탄생했을 때를 상상해 보자. 물리학의 기본 법칙인 '표준모형(Standard Model)'에 따르면, 우주가 시작될 때 물질(Matter)과 그와 반대되는 성질을 가진 반물질(Antimatter)은 정확히 똑같은 양이 만들어졌어야 한다. 물질과 반물질은 만나면 서로를 파괴하며 빛(에너지)으로 변해 사라진다. 이를 '쌍소멸'이라고 한다. 만약 이론대로라면 태초의 우주는 물질과 반물질이 서로 부딪쳐 모조리 사라지고, 텅 빈 공간에 빛만 가득했어야 한다. 별도, 지구도, 우리 인간도 존재할 수 없어야 했다. 하지만 지금 우리는 엄연히 존재한다. 이는 태초에 반물질보다 물질이 아주 조금 더 많이 살아남았다는 증거다. 도대체 무엇이 이 미세한 불균형을 만들어 우리를 존재하게 했을까? 과학자들은 그 답을 '유령 입자'라 불리는 중성미자(Neutrino)에서 찾고 있다. 138억 년 전, 우주를 살린 '반칙' 물리학자들은 이 미스터리를 풀기 위해 자연계의 완벽한 균형이 깨진 순간, 즉 'CP 대칭성 깨짐(CP Violation)'이라는 현상에 주목한다. 쉽게 말해, 자연이 물질과 반물질을 대할 때 미묘하게 '차별 대우'를 했다는 것이다. 최근 전 세계 물리학계가 주목할 만한 연구 결과가 나왔다. 미국의 '노바(NOvA)' 실험팀과 일본의 'T2K' 실험팀이 지난 16년 동안 축적한 데이터를 하나로 합쳐 분석한 것이다. 이들은 각각 미국 페르미 연구소와 일본 J-PARC 가속기에서 중성미자 빔을 쏘아 수백 킬로미터 떨어진 검출기에서 이를 포착해 왔다. 두 거대 실험 그룹의 연합 작전은 마치 흐릿했던 두 장의 사진을 겹쳐 선명한 한 장의 사진을 만드는 것과 같다. 연구팀은 중성미자가 비행하는 동안 성질이 변하는 '진동(Oscillation)' 현상을 역사상 가장 정밀한 수준으로 분석했다. 이 분석은 중성미자와 그 반대인 반중성미자가 서로 다르게 행동하는지, 즉 우주가 물질을 편애한 결정적 증거가 있는지를 확인하는 과정이다. 캘리포니아 공과대학(Caltech)의 라이언 패터슨 교수는 "이번 통합 분석은 중성미자에서 대칭성 위반이 일어나는지, 만약 그렇다면 그 정도가 얼마나 되는지 밝혀내는 중요한 이정표"라고 설명했다. 딸기맛이 초콜릿맛으로? 기묘한 '변신' 그렇다면 '중성미자'란 도대체 무엇일까? 지금 이 순간에도 당신의 엄지손가락 면적에만 초당 약 100조 개의 중성미자가 지나가고 있다. 하지만 이 입자는 전하(전기적 성질)가 없고 질량이 거의 '0'에 가까월 다른 물질과 거의 반응하지 않는다. 벽도, 지구도, 우리 몸도 그냥 통과해버려 '유령 입자'라는 별명이 붙었다. 이 유령 입자의 가장 기이한 특징은 변신 능력이다. 중성미자는 전자(Electron Neutrino), 뮤온(Muon), 타우(Tau)라는 세 가지 '맛(Flavor)'을 가지고 있다. (물리학자들은 중성미자의 종류를 구별하기 위해 '맛'이라는 재미있는 표현을 쓴다.) 그런데 이 녀석들은 우주 공간을 날아가는 도중에 맛을 바꾼다. 미국 시카고 인근에 있는 에너지부 산하 페르미 국립 가속기 연구소(Fermilab)에서 쏜 '뮤온 중성미자'가 800km 떨어진 미네소타의 검출기에 도착할 때는 '전자 중성미자'로 변해 있는 식이다. 캘리포니아 공과대학은 이를 아주 쉽게 비유했다. "가게에서 딸기맛 아이스크림을 사서 집으로 걸어가는 동안, 아이스크림이 저절로 초콜릿 맛이나 바닐라 맛으로 변하는 것과 같다." 이번 미·일 공동 연구팀은 이 '변신 과정(중성미자 진동)'을 정밀하게 추적해 중성미자의 질량 차이를 2% 오차 범위 내로 좁히는 데 성공했다. 이는 역대 가장 정밀한 측정값이다. 이 정밀한 데이터는 중성미자가 물질과 반물질 사이의 균형을 깬 주범이라는 '심증'을 '물증'으로 바꾸는 데 필수적인 지도 역할을 한다. 교과서와 다른 신호…'새 물리학' 예고 이번 연구가 흥미로운 또 다른 이유는 현재 인류가 알고 있는 물리학의 정석인 '표준모형'을 넘어설 가능성을 보여줬기 때문이다. 표준모형은 우주를 구성하는 기본 입자와 힘을 설명하는 아주 훌륭한 이론이지만, 중력이나 암흑물질을 설명하지 못하는 등 완벽하지 않다. 연구팀은 중성미자의 전하 반경과 '약한 상호작용(Weak Force)' 데이터를 분석하는 과정에서 기묘한 현상을 발견했다. 중성미자의 전하 반경은 표준모형의 예측과 일치했지만, 약한 상호작용의 결합 변수들이 예상과는 다르게 뒤바뀐 듯한 패턴을 보인 것이다. 이탈리아 국립 핵물리 연구소의 프란체스카 도르데이 박사는 "아직 단정하기는 이르지만, 이는 표준모형 너머의 새로운 물리학(New Physics)이 존재할 수 있음을 암시하는 흥미로운 신호"라고 밝혔다. 이는 마치 완벽해 보이던 퍼즐 조각 중 하나가 기존의 그림과는 맞지 않는 모양을 하고 있는 것과 같다. 과학자들은 이 어긋난 조각이 우리가 아직 알지 못하는 미지의 우주 법칙, 혹은 암흑물질의 비밀을 푸는 열쇠가 될 수 있다고 기대하고 있다. 지하 1km 실험실의 '유령 사냥' 중성미자 연구는 이제 막 걸음마를 뗐을 뿐이다. 과학자들은 더 확실한 증거를 찾기 위해 차세대 실험을 준비 중이다. 미국은 거대 심층 지하 중성미자 실험인 'DUNE'을, 일본은 기존보다 훨씬 거대한 '하이퍼 카미오칸데(Hyper-Kamiokande)'를 건설하고 있다. 이 시설들이 2028년경 본격 가동되면, 우리는 중성미자가 물질과 반물질을 차별하는 결정적 순간을 포착할 수 있을지도 모른다. 독일 막스플랑크 연구소에 따르면, 우리가 눈으로 보고 만질 수 있는 물질은 우주 전체의 5%에 불과하다. 나머지 95%는 정체를 알 수 없는 암흑물질과 암흑에너지다. 중성미자는 이 95%의 미지 세계와 우리를 연결해 줄 유일한 통로일 수 있다. 138억 년 전, 우주가 한 줌의 빛으로 사라지지 않고 별과 은하, 그리고 당신을 만들어낸 그 기적 같은 '우연'의 비밀. 인류는 이제 그 비밀을 쥔 '유령'의 꼬리를 잡기 위해 지하 깊은 곳 거대 실험실에서 우주의 가장 작은 입자와 숨바꼭질을 하고 있다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(114)] 미·일 "우주 존재의 비밀, '유령 입자'가 쥐고 있다"
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[우주의 속삭임(153)] 우주 팽창, 가속 아닌 '감속' 단계일 수도⋯연세대 연구팀 새 해석 제시
- 한국의 천문학자 팀이 우주 팽창이 '가속'이 아닌 '감속' 국면에 접어들었을 가능성을 제기했다. 지금까지 25년 넘게 받아들여져 온 '암흑에너지(dark energy)' 주도의 가속 팽창 이론에 근본적인 의문을 제기하는 연구 결과다. 연세대학교 이영욱 교수 연구팀은 최근 영국 왕립천문학회 학술지 '먼슬리 노티시스 오브 더 로열 애스트로노미컬 소사이어티(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)'에 게재된 논문을 통해 "현재 우주는 이미 감속 팽창 단계에 들어섰다"며 "암흑에너지는 시간이 지남에 따라 훨씬 빠르게 진화한다"고 밝혔다. 연구팀은 그동안 '우주 팽창의 표준 촛불'로 사용돼 온 Ia형 초신성이 모항성의 나이에 따라 밝기가 체계적으로 달라진다는 점을 지적했다. 젊은 항성 집단에서 폭발한 초신성은 상대적으로 어둡고, 오래된 집단에서는 더 밝게 보이는 편향(age bias)이 존재한다는 것이다. 연세대 연구팀은 300개 은하를 대상으로 이 효과를 99.999%의 신뢰도로 검증했고, 이 편향을 보정하자 초신성 데이터는 더 이상 기존의 ΛCDM(람다-CDM) 우주모형과 일치하지 않았다. 대신 "암흑에너지가 시간에 따라 변한다"는 모형이 훨씬 정확히 부합했다. 이는 우주가 여전히 가속 팽창 중이라는 기존 인식과 달리, 이미 감속기에 진입했음을 시사한다. 이영욱 교수는 "이 결과가 확인된다면 암흑에너지 발견 이후 27년 만의 우주론적 패러다임 전환이 될 것"이라고 말했다. 이번 결과는 미국 애리조나 투손의 DESI(암흑에너지 분광장비) 프로젝트가 제시한 '시간에 따라 진화하는 암흑에너지' 가설과도 맥을 같이한다. DESI는 우주 초기의 음향 진동(BAO)과 우주배경복사(CMB) 데이터를 통해 암흑에너지의 세기가 일정하지 않음을 시사한 바 있다. 연세대 팀은 이러한 편향 보정 후 초신성 데이터와 BAO·CMB 분석을 결합했을 때, 표준 ΛCDM 모형이 '압도적 통계적 유의성으로 기각됐다'고 밝혔다. 즉, 우주는 더 이상 가속하지 않으며 이미 팽창 속도가 늦춰지고 있다는 것이다. 공동 연구자 정철 연구교수와 박사과정 손준혁 연구원은 "현재 진행 중인 '진화 없는(evolution-free)' 검증 실험에서도 같은 결론이 나타나고 있다"며 "향후 칠레 안데스산맥의 베라 루빈 천문대(Vera C. Rubin Observatory)가 2만 개 이상의 초신성 모은하를 관측하면, 훨씬 정밀한 검증이 가능할 것"이라고 전망했다. 루빈 천문대는 세계에서 가장 강력한 디지털 카메라를 갖춘 시설로, 올해부터 본격적인 관측에 들어갔다. 이번 연구는 향후 다가올 초신성 관측 데이터와 결합될 경우, 암흑에너지의 본질과 우주의 미래를 규명하는 데 결정적 단서를 제공할 것으로 기대된다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(153)] 우주 팽창, 가속 아닌 '감속' 단계일 수도⋯연세대 연구팀 새 해석 제시
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[우주의 속삭임(30)] 까마귀자리에서 새로운 저질량 은하 발견
- 천 천문학자들은 까마귀자리(Corvus)에서 새로운 은하가 발견됐다고 물리학 전문 PHYS가 전했다. 까마귀자리는 봄철 남쪽 하늘에 보이는 별자리로, 아폴론을 화나게 한 거짓말쟁이 까마귀 카라스의 신화에서 지어졌다. 새로 발견된 은하는 ‘까마귀 A’로 명명됐는데, 상대적으로 질량이 낮고 가스가 풍부하며 고립되어 있다. 은하 발견과 관련된 연구 논문은 이달 초 arXiv에 발표됐다. 낮은 질량의 은하를 다수 발견한 프로젝트 중 하나는 '저해상도 은하에 대한 반자동 기계학습 탐색(SEAMLESS: 심리스)'이라는 이름의 프로젝트였다. 이 프로젝트는 별과 밝은 은하에서 나오는 밝은 빛의 방출을 가리고 다양한 이미지를 필터링함으로써 희미하게 확장된 광원을 식별해 냈다. 까마귀 A 은하는 DESI(암흑에너지 분광장비) 영상 조사에서 처음으로 확인됐다. 최근 투산에 소재한 애리조나 주립대학교의 마이클 존스 천문학자 팀은 마젤란 클레이 망원경(Magellan Clay Telescope) 또는 칼 G. 얀스키 VLA(초거대배열) 시설을 이용해 이 은하에 대한 후속 관찰을 진행했고, 이를 통해 까마귀 A의 저질량 은하 상태를 확인할 수 있었다. 연구진은 논문에서 "까마귀 A는 심리스 프로젝트의 초기 단계에서 확인된 새로 발견된 저질량 은하"라고 썼다. 관측 결과 까마귀 A 항성체는 불규칙한 구조를 가지고 있었으며, 발산하는 빛은 동쪽의 젊은 푸른 별들의 영역에 의해 지배되고 있다는 사실이 밝혀졌다. 연구팀은 까마귀 A 은하의 푸르고 덩어리진, 불규칙한 모습이 '사자자리 P'를 연상시킨다고 말했다. 사자자리를 구성하는 불규칙 은하인 사자자리 P는 약 56만 태양질량(태양 1개의 질량값)으로, 국부 은하에서 가장 질량이 작은 은하로 추정된다. 논문에 따르면 반광 반경이 834광년인 까마귀 A는 사자자리 P보다 질량이 몇 배 더 크고, 나이가 2억 년을 넘지 않는 젊은 별들을 많이 포함하고 있다. 연구에 따르면 까마귀 A는 이온화된 성간 원자 수소 영역(소위 H II 영역)이 없는, 가스가 풍부한 은하라는 사실이 밝혀졌다. 까마귀 A까지의 거리는 약 1130만 광년으로 측정되었다. 또한 까마귀 A로부터 약 330만 광년 이내에는 다른 은하가 없다는 것도 밝혀졌다. 까마귀 A는 주변으로부터 고립된 은하였던 것이다. 천문학자들은 까마귀 A가 전파 및 광학 파장 모두에서 고해상도 후속 관찰의 훌륭한 대상이 될 수 있다고 지적했다. 특히 새로 발견된 저질량 은하의 운동학에 대한 더 많은 정보를 제공해 줄 것이라고 기대했다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(30)] 까마귀자리에서 새로운 저질량 은하 발견
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과학이 풀어야 할 가장 큰 미스터리 5가지
- 과학은 세상에 대한 우리의 이해를 크게 발전시켰지만, 여전히 많은 미스터리가 남아 있다. 특히 우주의 기원이나 지구의 생명의 기원등은 가설은 많지만 아직까지 명확한 답이 나오지 않고 있다. 스페인 매체 마스 인포르마시온(Mas informacion)은 과학자들이 여전히 답을 찾지 못하고 있는 다섯 가지 핵심 질문을 소개했다. 1. 우주의 구성 요소는 무엇인가? 우주의 신비는 우리가 기존에 인지하고 있던 것보다 훨씬 더 깊고 복잡하다. 우리가 알고 있는 우주를 구성하는 물질은 전체의 약 5%에 불과하며, 나머지 약 95%는 미지의 영역인 암흑물질과 암흑에너지로 채워져 있다. 암흑물질은 우주 전체의 약 27%를 차지할 것으로 추정되는, 관측되지 않는 물질이다. 이 물질은 중력의 영향을 미치며, 우주의 팽창을 억제하는 중요한 역할을 한다. 암흑에너지는 우주의 약 68%를 구성하는 것으로 추정되며, 관찰할 수 없는 에너지 형태이다. 암흑에너지는 우주의 팽창을 가속화하는 데 결정적인 역할을 하는 것으로 여겨진다. 우주의 심오한 미스터리를 풀기 위해, 암흑물질과 암흑에너지의 본질을 밝히는 것은 중대한 과학적 과제로 남아 있으나, 현재까지 이들의 정체에 대한 명확한 답은 아직 발견되지 않았다. 암흑물질의 잠재적 후보로는 중성미자, 윔프(WIMP), 액시온(axion) 등이 거론되고 있다. 중성미자는 전하를 갖지 않아 빛을 발하지 않으며 질량이 있어 관측이 어렵다. 윔프는 그 무거운 질량과 강력한 중력으로 인해 우주의 구조 형성에 기여할 것으로 추정된다. 액시온은 중력과 전자기력 사이의 힘을 가짐으로써 우주의 팽창에 영향을 미칠 수 있다고 여겨진다. 암흑에너지의 가능한 후보로는 진공 에너지, 쿼크-글루온 플라즈마, 반물질 등이 제시되고 있다. 진공 에너지는 우주 공간 자체에 내재된 기본적인 힘의 에너지 형태로, 쿼크-글루온 플라즈마는 초기 우주의 고온 상태에서 존재했던 물질이다. 반물질은 물질과 상호작용하여 완전히 소멸되는 특성을 지니며, 이 과정은 우주 팽창에 중요한 역할을 할 수 있다. 과학자들은 이러한 후보들을 관측하고 실험을 통해 그 본질을 밝히려는 지속적인 노력을 기울이고 있으나, 아직까지는 이들의 정확한 성질과 역할에 대한 확실한 결론을 내리지 못하고 있다. 2. 생명은 어떻게 생겨났나? 생명의 기원은 과학계가 오랜 시간 동안 탐구해온 가장 심오한 미스터리 중 하나다. 지구상의 생명체가 어떻게 탄생했는지에 대해서는 아직도 명확한 해답이 제시되지 않았다. 과학자들은 다양한 이론을 제시하고 있으나, 아직까지 어느 하나의 가설도 정설로 자리 잡지 못하고 있다. 가장 널리 인정받는 가설 중 하나는 '원시 수프(Primordial soup)' 이론이다. 이 이론은 초기 지구의 바다가 생명체 형성에 필수적인 단순 화학 물질로 가득 차 있었고, 대기 중의 가스와 번개 에너지의 결합으로 아미노산과 같은 단백질 구성 요소가 형성될 수 있었다고 주장한다. 1920년대에 알렉산더 오파린과 J.B.S. 할데인이 제안한 이 가설은 이후 실험을 통해 그 타당성이 일부 입증됐다. 대표적인 예로, 1953년 스탠리 밀러와 하럴드 우레이는 초기 지구의 환경을 모사한 실험을 통해 아미노산의 합성에 성공했다. 하지만 원시 수프 가설에는 여전히 미해결의 문제가 존재한다. 아미노산이 우연히 결합하여 복잡한 생명체로 발전할 수 있는지에 대한 의문, 그리고 원시 수프에서 생명체가 어떻게 진화했는지에 대한 설명이 미흡하다는 지적이 있다. 또한, 지구 생명체의 기원에 대한 다른 이론도 존재한다. 일부 과학자들은 우주에서 온 운석이나 혜성에 생명의 씨앗이 실려 지구에 도착했을 가능성을 제시하는 '판스페르미아(Panspermia)' 이론을 주장한다. 이처럼 생명의 기원에 대한 탐구는 여전히 과학계의 중요한 도전 과제로 남아 있다. 3. 무엇이 우리를 인간으로 만드는가? '무엇이 우리를 인간으로 정의하는가?'는 과학과 철학의 경계를 넘나드는 깊이 있는 질문이다. 인간은 다른 동물들과 구별되는 특유의 특성들을 가지고 있지만, 이러한 특성들이 무엇인지에 대한 명확한 합의는 아직 이루어지지 않았다. 언어 사용, 도구 활용, 추상적 사고, 자기 인식 능력 등은 전통적으로 인간만의 고유한 특성으로 여겨져 왔다. 하지만, 최근의 과학 연구는 다른 동물들 또한 이러한 특성들을 어느 정도 보유하고 있음을 증명하고 있다. 예를 들어, 코끼리는 복잡한 의사소통을 위해 고유의 언어 체계를 사용하며, 침팬지는 도구를 사용해 먹이를 얻거나 사냥하는 능력을 지니고 있다. 돌고래는 추상적인 사고를 할 수 있으며, 침팬지는 거울을 통해 자신을 인식하는 자기 인식 능력을 갖추고 있다고 알려져 있다. 이러한 발견들은 인간과 다른 동물들 사이의 경계가 생각보다 모호하다는 것을 시사하며, 인간을 정의하는 것이 단순한 문제가 아님을 보여준다. 인간의 독특한 특성들에 대한 이해는 계속해서 진화하고 있으며, 이는 우리가 인간성에 대해 더 깊이 고민하고 탐구해야 함을 의미한다. 한편으로는, 인간을 특별하게 만드는 요소가 단일 특성이 아니라, 여러 특성들의 복합적인 상호작용이라는 주장이 제기되고 있다. 이에 따르면, 인간은 언어를 통한 복잡한 의사소통 능력, 도구를 활용한 환경 변형 능력, 그리고 추상적 사고를 통해 새로운 것을 창조하는 능력을 결합하여 독특한 문화와 사회 구조를 형성하였다는 것이다. 이러한 능력들의 결합은 인간만의 특별한 문화적, 사회적 발전을 가능하게 했다. 인간의 언어 사용 능력은 복잡한 의사소통과 지식 전달을 가능하게 했으며, 도구 사용 능력은 환경을 변화시키고 적응하는 방법을 혁신적으로 발전시켰다. 또한, 추상적 사고는 예술, 과학, 철학 등 인간만의 다양한 창조적 영역을 탄생시켰다. 그럼에도 불구하고, 인간을 인간답게 만드는 근본적인 요소가 무엇인지에 대한 질문은 여전히 해결되지 않은 미스터리로 남아 있다. 4. 의식이란 무엇인가? 의식은 인간 존재의 가장 심오하고 미스테리한 특성 중 하나로 여겨진다. 우리는 아직 의식이 구체적으로 무엇이며, 그것이 어떻게 기능하는지 완전히 이해하지 못하고 있다. 의식은 뇌의 복잡한 기능과 밀접하게 연관되어 있을 것으로 추측되지만, 뇌의 어떤 부분이 의식을 조절하는지, 그리고 의식이 어떻게 형성되고 발현되는지에 대한 구체적인 메커니즘은 아직 명확하게 밝혀지지 않았다. 의식은 우리가 세계를 인식하고 경험하는 방식의 핵심을 이루며, 이에 대한 깊은 이해는 인간 본성과 지적, 정서적, 영적 측면에 대한 우리의 이해를 크게 향상시킬 것으로 기대된다. 의식에 대한 연구는 인간 뇌의 복잡성과 그 신비를 탐구하는 과정에서 핵심적인 역할을 하며, 이는 인지 과학, 신경학, 철학, 심리학 등 여러 학문 분야에 걸쳐 진행되고 있다. 5. 우리는 왜 꿈을 꾸는가? 인간이 꿈을 꾸는 이유는 심리학과 신경과학의 오랜 미스터리 중 하나이며, 이에 대한 확실한 답변은 아직 없다. 꿈에는 여러 가설이 존재하고 있다. 예를 들어, 무의식의 표현에 관한 가설은 꿈이 우리의 억압된 감정과 생각을 드러내는 역할을 한다고 주장한다. 기억 정리와 학습 지원에 관한 가설은 꿈이 기억을 재구성하고 새로운 정보를 처리하는 데 중요한 역할을 한다고 설명한다. 스트레스 해소 기능에 관한 가설은 꿈이 심리적 압박을 완화하고 정서적 균형을 찾는 데 도움을 준다고 주장한다. 그러나 이러한 가설들 중 어느 것도 아직 확실하게 입증되지 않았다. 꿈은 인간의 정신적, 감정적 삶에 중요한 영향을 미친다. 꿈은 우리의 무의식을 반영하고, 내면을 이해하는 데 도움을 줄 뿐만 아니라, 창의적 사고와 문제 해결 능력에도 기여할 수 있다. 그러나 꿈의 본질과 목적에 대한 신비는 여전히 베일에 싸여 있다. 이와 같은 질문들에 대한 답은 과학이 발전함에 따라 점차 밝혀질 것으로 기대되지만, 그 과정은 간단하지 않을 것이다. 과학자들은 새로운 기술과 방법론을 개발하고, 기존 가설들을 실험적으로 검증함으로써 꿈의 신비를 풀기 위해 지속적으로 노력하고 있다.
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과학이 풀어야 할 가장 큰 미스터리 5가지
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중국, 지하 2400ｍ에 세계 최대 암흑물질 탐사 연구시설 가동
- 중국이 쓰촨성 진핑산 지하 2400ｍ에 암흑물질(dark matter) 탐사를 위한 세계 최대 지하 연구시설을 가동했다. 사우스차이나 모닝 포스트(SCMP)는 7일(현지시간) 중국 관영 신화통신을 인용, 쓰촨성 진핑산에서 지하 2400ｍ에 위치한 33만㎡ 규모의 세계 최대 초심층 연구실 '중국 진핑 지하 실험실(China Jinping Underground Lab)'이 이날 가동을 시작했다고 보도했다. 진핑 지하 실험실은 올림픽 수영 경기장 120개에 해당하는 규모로, 이전까지 최대 지하실험실 이었던 이탈리아 그란 사소 국립실험실(Gran Sasso National Laboratory)의 약 두 배 크기다. 이 실험실은 2010년 1단계 공사에서 4000㎡ 규모로 건설됐으며 2020년 12월 칭화대 등과 함께 2단계 확장 공사를 시작해 3년만에 완공됐다. 실험실은 터널을 통해 자동차로 접근할 수 있다. 세계에서 가장 깊은 땅속에 위치한 이 실험실은 다른 곳에서는 접할 수 없는 특별하고 조용한 청정 실험 환경을 제공한다. 대부분의 우주선(cosmic ray)을 차단하는 극도의 깊이에 위치한 이 연구실은 과학자들이 우주 구성 총물질의 약 26%를 차지한다고 여겨지는 보이지 않는 물질인 암흑물질 탐지에 이상적인 '초(ultra)청정'한 환경을 조성하는 것으로 알려졌다. 암흑물질은 우주를 구성하는 총 물질의 26.8%를 차지하는 정체불명의 물질이다. 유럽 핵연구기구(CERN)에 따르면 암흑 물질은 빛을 흡수, 반사 또는 방출하지 않기 때문에 발견하기가 매우 어렵다. CERN은 미지의 물질인 암흑물질을 연구하는 장비를 보유하고 있다. CERN의 강력한 입자 가속기인 대형 강입자 충돌기는 프랑스-스위스 국경의 제네바 인근 지하 100m에 위치해 있다. 이 충돌기는 국제 연구자들이 암흑물질을 찾는 데 사용된다. 과학자들은 암흑물질이 가시 물질에 미치는 중력 효과를 통해 암흑물질의 존재를 추론할 수 있었다. 즉 암흑물질은 전파나 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마선 등과 같은 전자기파로도 관측되지 않으며 오로지 중력을 통해서만 존재를 인식할 수 있는 가설상의 물질이다. 암흑물질은 우주생성 초기부터 널리 존재하면서 은하의 구조 등을 결정하는 중요한 역할을 한 것으로 알려졌으나 빛을 내지 않고 다른 물질과 거의 반응하지 않기 때문에 관측이 대단히 어렵다. 암흑물질의 수수께끼를 풀면 연구자들이 우주의 구성과 은하가 어떻게 서로 결합하는지 더 잘 이해할 수 있을 것으로 보인다. 과학자들은 눈에 보이는 물질은 우주 전체 질량의 5%만을 차지하고 나머지 95%는 암흑물질과 암흑에너지라고 추정한다. 2010년 진핑 연구소의 1단계 공사가 완공되었을 때 약 4000㎥의 규모였다. 칭화대학교와 국영 야롱강 수력발전회사가 공동으로 2단계 공사를 2020년 12월에 시작했다. 칭화대 웨첸(Yue Qian) 교수는 신화통신에 "진핑 실험실은 지구 표면 우주선의 1억분의 1에 해당하는 극소량의 우주선에만 노출되기 때문에 암흑물질 연구를 위한 초청정한 공간을 제공한다"고 말했다. 또 "실험실 내 환경 방사선과 자연 발생 방사성 가스 라돈의 농도가 극도로 낮은 것도 암흑물질 탐지를 향상시킬 수 있다"면서 "우리는 가장 중요한 과학적 탐구에 착수할 수 있다"고 말했다. 그는 "이 연구실이 입자 물리학, 핵 천체 물리학, 우주론, 생명 과학 및 암석 역학 분야 등의 학제간 연구를 지원할 것"이라고 덧붙였다. 신화통신은 칭화대, 상하이 교통대, 베이징 사범대학의 과학자와 중국원자력연구소, 중국과학원 암석 및 토양 역학 연구소 등으로 구성된 10개의 연구팀이 이미 이 시설에 주둔했다고 전했다. 한편, 한국은 강원도 정선군의 예미산 지하 1000미터에 위치한 세계적 수준의 고심도 지하실험시설 '예미랩'에서 우주의 비밀을 밝히고 있다. 이곳에서는 '암흑물질'과 우주를 구성하는 기본 입자인 '중성미자' 연구 등이 진행되고 있다.
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중국, 지하 2400ｍ에 세계 최대 암흑물질 탐사 연구시설 가동
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