암흑물질 탐색을 위한 초영민한 양자 정밀 측정 기술 제공

본지 허페이 11월 28일자 (전선진 기자)최근 중국과학기술대학에 따르면 펑신화 교수팀은 독일 과학자들과 협력해 암흑물질 실험에 직접 활용, 기존 국제 최고 수준보다 최소 5단계 이상 향상된 초령민 양자 정밀 측정 기술을 개발했다.관련 성과는 국제저널 '자연·물리학'에 온라인으로 발표됐다.
 
우주 물질의 질량 구성에서 암흑물질은 약 85%를 차지하지만 아직까지 암흑물질의 존재에 대한 직접적인 증거는 찾지 못하고 있다.펑신화 연구팀은 기체 제논과 루비듐 원자를 혼합한 증기실을 이용해 감도가 높은 새로운 핵자율 측정 기술을 개발해 새로운 핵자율센서를 구현했다.이 기술은 레이저로 루비듐 원자의 증기를 선제적으로 녹인 뒤 루비듐을 기체 제논 원자와 스핀 교환으로 충돌시켜 제논 원자의 핵 자선을 극화하는 것이다.이 물리적인 메커니즘을 바탕으로 연구진은 자기장 양자 증폭기를 고안하고 이 스핀 증폭기를 그룹의 발전된 원자자력계와 결합해 원자자력계의 자기탐지 감도를 100배 높였다.
 
이론은 암흑물질과 원자핵은 극히 미약한 상호작용을 일으키며, 이는 원자핵 스핀에 미세한 자기장인 위자장을 가하는 것과 맞먹는다고 예측한다.초영민 자기장 탐지장치를 이용해 이 미세한 '위자장'을 점검해 암흑물질 입자의 존재 징후를 찾을 수 있다.펑신화 연구팀은 암흑물질에서 나오는 '위자장'을 스핀 증폭기로 확대해 암흑물질의 탐지 감도를 크게 높였다.기존의 대형 암흑물질 과학장치에 비해 테이블 사이즈의 공간 배치만 필요하다.
 
양자 정밀측정 기술과 암흑물질 탐사의 교차 융합을 잘 보여주는 성과로 우주천문학, 입자물리학, 원자분자물리학 등 다양한 기초학문이 발전할 것으로 기대된다.