얼음으로 만든 망원경
스웨덴 왕립과학원이 2026년 노벨 물리학상을 위스콘신-매디슨 대학의 프랜시스 할젠에게 수여했다. 표창문은 아이스큐브 중성미자 관측소에 대한 결정적 기여와 천체물리학적 기원의 고에너지 중성미자 발견을 기린다. 할젠은 올해 노벨상의 단독 수상자다.
아이스큐브는 세계 최대 중성미자 검출기로, 거울도 렌즈도 없다. 수천 개의 광센서가 남극의 10억 톤 초순수 얼음 속에 수직으로 박힌 줄에 매달려 1세제곱킬로미터에 걸쳐 펼쳐져 있다. 중성미자가 얼음 속 원자와 충돌하면 발생하는 희미한 푸른 빛이 기록되고, 감지 패턴이 발생원 방향을 가리킨다.
어려운 문제에서 작동하는 관측소로
할젠은 1980년대 후반 남극 얼음이 검출 매체로 사용될 수 있다고 주장했다. 시제품은 몇 년 안에 제작됐고, 건설은 2004년 시작돼 2011년 관측소가 완성됐다. 미국 국립과학재단이 자금을 지원하고 위스콘신 아이스큐브 입자천체물리학 센터가 이끄는 국제 협력단이 운영한다.
성과는 2013년 협력단이 태양계 밖에서 오는 최초의 고에너지 중성미자를 보고하면서 나왔다. 이후 연구는 그중 일부를 지구를 향한 제트를 가진 은하인 블레이자까지 추적했다. 이 입자들은 빛을 차단하는 먼지, 가스, 자기장을 통과하기 때문에 빛이 담을 수 없는 우주 가속기에 관한 정보를 전달한다.
중요한 이유
중성미자는 포착하기 극히 어렵고 차단이 거의 불가능해 모든 검출이 드물다. 관련 에너지는 지구에서 만들 수 있는 어떤 것보다 훨씬 높다. 천문학자들은 이제 중성미자를 빛, 중력파와 함께 사용해 붕괴하는 별부터 블랙홀에 물질이 빨려 들어가는 현상까지 우주에서 가장 격렬한 사건을 연구한다.
할젠은 목표가 특정 이론을 증명하는 것이 아니라 항상 새로운 창을 여는 것이었다고 말해왔다. 아이스큐브는 계속 데이터를 수집하고 있으며, 계획된 업그레이드는 배열을 확대하고 밀도를 높일 것이다. 물리학자들은 향후 10년간 더 많은 발생원 확인, 더 정밀한 방향, 그리고 어쩌면 현재 모델이 예측하지 못하는 물리학이 나올 것으로 기대한다.