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[IT뉴스]AI 활용해 우주 암흑물질 존재 밝혀내나…10배 높인 민감도로 탐색 ‘새 지평’

온카뱅크관리자

2025-12-04 14:17:31

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> IBS 지하실험연구단, 저에너지 암흑물질(웜프) 세계 최고 민감도 구현 머신러닝 적용, 2기가전자볼트 이하까지 탐색 확장..암흑물질 연구 확장 
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 코사인 검출기 모식도. IBS 제공.
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 인공지능(AI) 기술을 이용해 낮은 에너지 영역의 암흑물질을 높은 민감도로 탐색할 수 있는 기술이 개발됐다. 그동안 충분히 탐구되지 않았던 저에너지 암흑물질 분야 연구 확장을 위한 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다.
 기초과학연구원(IBS) 지하실험연구단이 이끄는 코사인-100(COSINE-100) 국제공동연구팀은 3년 간의 관측 데이터를 정밀 분석해 낮은 질량의 ‘웜프’ 탐색 민감도를 세계 최고 수준으로 높이는 데 성공했다고 4일 밝혔다.
 암흑물질은 우주를 구성하는 요소 중 하나다. 우주는 암흑에너지(약 70%)와 암흑물질(약 255), 일반 물질(약 5%)로 구성된 것으로 알려져 있다.
 웜프는 암흑물질의 가장 유력한 후보 입자 중 하나로, 전자기적 상호작용을 하지 않고 중력과 약하게 상호작용하는 가상의 입자를 뜻한다.
 최근에는 기존의 무거운 웜프뿐 아니라, 아직 탐색이 미진한 10기가전자볼트(GeV) 이하의 가벼운 암흑물질을 탐색하기 위한 연구가 전 세계적으로 치열하게 전개되고 있다.
 이를 위해선 검출기에서 발생하는 극도로 미약한 저에너지 신호를 잡음과 구분해 내는 고도의 기술력이 필수적이다.
 연구팀은 검출기에서 발생하는 미세한 빛 신호의 파형을 머신러닝 기반의 신호 판별 기술을 적용해 기존 방식으로 구분하기 어려웠던 잡음과 실제 신호를 0.7킬로전자볼트(KeV)의 초저에너지 영역까지 정확히 분리하는 데 성공했다.
 암흑물질이 만들 수 있는 가장 희미한 신호까지 포착할 수 있는 기술을 확보했다는 점에서 기존 암흑물질 탐색 연구를 확장하는 계기가 될 것으로 연구팀은 기대했다.
 연구팀은 원자핵과 암흑물질이 충돌할 때 전자가 방출되는 ‘미그달 효과’를 분석, 탐색 가능 범위를 1기가전자볼트 이하의 가벼운 암흑물질 영역까지 확장했다. 그동안 탐색이 어려웠던 사각지대까지 연구를 넓힌 것이다.
 또 스핀 독립 상호작용 분석을 통해 기존 대비 약 10배 향상된 민감도를 달성했다. 이런 민감도를 바탕으로 이탈리아 다마(DAMA) 실험이 주장해 온 암흑물질 신호영역 전체에서 웜프 신호가 존재하지 않음을 확인했다.
 연구팀은 앞으로 20메가전자볼트 수준의 극저질량 암흑물질까지 탐색 영역을 넓혀 미지의 암흑물질 영역을 개척하는 연구를 선도해 나갈 계획이다.
 코사인-100 공동 대표인 이현수 박사는 “머신러닝을 통해 기존 한계를 뛰어넘는 저에너지 탐색 능력을 확보해 가벼운 암흑물질 탐색의 새로운 가능성을 열었다는 데 의미가 있다”며 “1기가전자볼트 이하 영역까지 탐색 범위를 확장한 것은 앞으로 암흑물질 연구의 중요한 이정표가 될 것”이라고 말했다.
 이 연구결과는 물리학 분야 국제 학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스’ 지난 2일에 실렸다.
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 암흑물질의 흔적을 포착하는 코사인-100 검출기. IBS 제공.
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 이준기 기자 bongchu@dt.co.kr
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