[2026 노벨상] 물리학상…우주 비밀 풀 '중성미자' 발견에 방점

[아이뉴스24 정종오 기자] 2026년 노벨물리학상은 우주 기원·초신성 폭발·블랙홀 등 고에너지 천체 현상을 연구하는 기반을 다진 프랜시스 할젠 위스콘신-메디슨대 교수에게 돌아갔다. 할젠 교수는 남극의 얼음을 이용해 중성미자라고 알려진 입자들을 추적할 수 있다는 사실을 알아냈다. 광센서가 장착된 얼음 구조물인 아이스큐브 중성미자 관측소의 기반이 됐다.

아이스큐브를 통해 연구자들은 먼 우주에서 일어나는 에너지가 매우 풍부한 현상에서 생성되는 중성미자를 포착할 수 있었다.

할젠 교수는 이전에는 없던 새로운 유형의 천문학 토대를 마련했다는 평가를 받는다. 그의 아이디어는 남극의 빙하를 이용해 중성미자라고 불리는 신비로운 입자를 포착하는 데 초점이 맞춰졌다.

그 결과 탄생한 것이 ‘아이스큐브 중성미자 관측소(IceCube Neutrino Observatory, 아이스큐브)’이다. 아이스큐브는 남극점 근처 빙하 속에 건설된 세계 최대 규모의 입자 검출기와 관측소이다. 우주에서 날아오는 유령 입자라 불리는 중성미자를 탐지해 우주의 기원과 초신성 폭발, 블랙홀 등 고에너지 천체 현상을 연구하는 데 사용된다.

이 관측소는 먼 우주에서 오는 중성미자를 추적할 수 있다. 중성미자는 물리학자들에게는 ‘수줍음쟁이’라 부른다. 반응을 거의 하지 않는 독특한 특성 때문이다. 전하도 없고 질량도 거의 없다.

일반적으로 물질을 통과할 때 거의 감지되지 않는다. 원자핵과 충돌해 존재를 드러내는 경우는 드물다. 매초 650억 개의 태양에서 온 중성미자가 우리가 알아채지 못하는 사이에 새끼손톱 사이를 지나가고 있다.

중성미자는 우주의 다른 영역에서도 온다. 우주의 신비에 대한 단서를 제공한다. 이러한 희귀한 우주 중성미자를 포착하는 데 성공한 연구자들은 중성미자가 발생한 우주의 극한 환경에 대한 정보를 추출할 수 있다.

노벨위원회 측은 “1980년대에 프랜시스 할젠은 남극의 얼음이 이처럼 신비로운 중성미자를 충분히 포착하기에 이상적 장소라는 것을 알아냈다”며 “이를 통해 연구자들이 중성미자의 기원에 대해 더 자세히 알아낼 수 있을 것이라는 사실을 깨달았다”고 평가했다.

1992년 연구원들과 엔지니어들은 남극 빙하에 광센서를 내려보내는 첫 시도를 했다. 약 20년 후 획기적 발견이 이어졌다. 아이스큐브 중성미자 망원경이 관측한 중성미자는 우주 먼 곳에서 온 것으로 연구원들에게 확신을 준 것이다. 우주의 중성미자 근원을 찾는 여정이 본격적으로 시작된 것이다.

할젠은 교수는 벨기에에서 성장했다. 그는 1960년대 입자 물리학 분야의 발전에 매료돼 처음에는 쿼크로 이뤄진 질량 입자에 집중했다. 박사 학위를 마친 직후 미국 위스콘신-매디슨 대학교로 옮겼다.

그는 우주에서 오는 입자로부터 입자 물리학이 무엇을 배울 수 있는지, 천체 물리학이 입자 물리학으로부터 어떻게 도움을 받을 수 있는지를 접목시켰다.

우리 주변에서 발생하지 않은 중성미자는 아주 먼 곳, 즉 별이 폭발한 지역의 격렬한 과정이나 멀리 떨어진 활동 은하에서 온 것으로 추정된다.

노벨위원회는 “최근 아이스큐브 연구팀이 우리 은하인 은하수에서 나오는 고에너지 중성미자도 관측했다”며 “아이스큐브가 개척한 길을 따라 다른 연구자들이 연구를 진행하면 앞으로 중성미자 천문학에 대한 이야기가 많이 나올 것으로 예상한다”고 덧붙였다.