오늘은 좀 다른 종류의 우주 이야기예요. 천체나 망원경 얘기가 아니라, 아직 아무도 실제로 본 적 없는 물질에 관한 겁니다. 재밌는 소식이 있어서 정리해봤어요.
우주 전체 질량의 대부분을 차지한다고 알려진 암흑물질 얘기입니다. 별과 은하, 우리 눈에 보이는 모든 물질을 다 합쳐도 우주 질량의 일부밖에 안 되고, 나머지 훨씬 큰 비중이 이 암흑물질이라는 건데, 문제는 지금까지 그 누구도 이걸 직접 검출한 적이 없다는 거예요. 존재한다는 간접 증거(은하 회전 속도, 중력렌즈 효과 등)는 확실한데, 정작 입자 하나를 직접 붙잡은 사례는 없습니다.
그런데 최근에 미국 사우스다코타 지하 1.5km에 있는 LZ 검출기라는 실험 장비에서 흥미로운 신호가 하나 잡혔어요. 2023년 3월부터 2024년 4월까지 220일간 데이터를 분석한 결과, 신호가 딱 1건 나왔고, 에너지는 약 248 keV였습니다. 통계적 유의성은 2.6시그마 — 우연히 나올 확률이 약 0.5% 정도라는 뜻이에요. 만약 이게 실제 입자라면 질량은 양성자의 200~1,000배 정도로 추정된다고 합니다.
다만 물리학에서 정식 "발견"으로 인정받으려면 5시그마 기준을 넘어야 해요. 2.6시그마는 흥미로운 신호이긴 하지만, 아직 그 기준에는 한참 못 미칩니다.
사실 이 분야는 지난 40년 동안 "드디어 잡았다"는 발표가 여러 번 있었던 동네예요. 1998년부터 지금까지 이어지는 DAMA/LIBRA 실험은 13시그마라는 압도적인 수치까지 주장했지만, 다른 어떤 연구팀도 이걸 재현하지 못했습니다. 2013년 CDMS-II 실험은 후보 신호 3건을 발표했다가 LUX 실험에 의해 반박당했고요. 가장 최근인 2020년 XENON1T 실험도 3.2시그마 신호로 화제를 모았지만, 후속 실험에서 신호가 사라졌습니다. 나중에 밝혀진 원인은 검출기 안에 섞여 있던 미량의 트리튬 오염이었어요.
이런 전례들을 알고 나니, 이번 LZ 신호도 마냥 흥분할 일은 아니겠다 싶더라고요. 다만 이번 결과가 흥미로운 건, 지난 사례들과 달리 아직 명확하게 "틀렸다"고 반박당하지 않은 상태로 남아있다는 점입니다. LZ 검출기는 지금도 계속 데이터를 쌓고 있고, 이 신호가 유의성을 더 키울지 아니면 조용히 사라질지는 앞으로 몇 년 더 지켜봐야 알 수 있어요.
우주 질량 대부분을 차지한다는 물질을 인류가 아직 한 번도 직접 만져본 적이 없다는 게, 새삼 생각하면 좀 신기하죠. 이번 LZ 실험 얘기랑 앞서 있었던 DAMA/CDMS/XENON1T 사례들까지 좀 더 자세히 정리해뒀으니 관심 있으신 분들은 한번 보세요.