[뉴스스페이스=이종화 기자] 최근 물리학계에서 '빅뱅 이론'의 아이콘인 셸던 쿠퍼와 레너드 호프스태터가 풀지 못했던 액시온(AXION) 문제를 실제로 해결했다는 소식이 전해졌다.

신시내티 대학교의 Jure Zupan 교수와 페르미 국립연구소, MIT, 테크니온-이스라엘 공과대학의 공동연구진은 10월 Journal of High Energy Physics에 발표한 논문에서, 핵융합 반응로 내부에서 액시온을 생성하는 이론적 메커니즘을 제시했다.
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ITER, 암흑물질 검출기로 거듭나다

University of Cincinnati 보도자료, Journal of High Energy Physics, ITER 공식 사이트, ADMX 실험팀, The Big Bang Theory 시즌 5 에피소드, Harvard Gazette, Phys.org, Midorinomachi, Infinite Space Media, arXiv, Interesting Engineering에 따르면, 연구진은 프랑스 남부에 건설 중인 국제핵융합실험로(ITER)를 중심으로, 중성자와 리튬 벽면의 충돌, 그리고 중성자의 제동복사(bremsstrahlung) 과정을 통해 액시온 또는 액시온 유사 입자를 생성할 수 있다고 밝혔다.

ITER는 플라즈마 부피 830㎥, 최대 플라즈마 온도 1억5000만 ℃, 15MA의 플라즈마 전류, 그리고 500MW의 융합출력을 목표로 하고 있으며, 리튬으로 내벽을 감싸고 있어 이론적 조건이 충족된다.
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액시온은 우주의 약 85%를 차지하는 암흑물질의 후보로, 직접적으로 관측된 바는 없지만 중력 효과를 통해 그 존재가 추론된다. 현재 미국의 ADMX(AXion Dark Matter eXperiment) 등 세계 주요 실험에서는 마이크로파 공진기와 강력한 자기장을 이용해 액시온의 존재를 탐색하고 있다. ADMX는 8T의 자기장과 극저온 공진기로 액시온-광자 변환을 유도하며, 1.1~1.3GHz 대역에서 최근까지 실험을 진행 중이다.
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대중문화와 과학의 교차점

CBS 시트콤 '빅뱅 이론' 시즌 5에서는 셸던과 레너드가 화이트보드에 액시온 생성 방정식을 풀어내려는 장면이 등장했다. 한 편에서는 태양에서의 액시온 생성 방정식이, 다른 편에서는 핵융합로에서의 생성률을 비교하는 계산이 등장했고, 실패를 상징하는 '슬픈 얼굴'이 그려지기도 했다.

Zupan 교수는 "태양처럼 거대한 에너지원에서 액시온이 더 많이 생성될 가능성이 있지만, 다른 과정을 통해 반응로에서도 생성할 수 있다"고 설명했다.
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수치로 본 암흑물질 탐색의 현황

암흑물질은 우주의 총 질량의 약 85%를 차지한다.
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ADMX 실험은 액시온의 미세한 신호(1요트와트 이하)를 감지할 수 있는 기술을 보유하고 있다.
 

ITER는 2030년대 중반에 첫 플라즈마 가동을 목표로 하고 있으며, 500MW의 융합출력과 10배 이상의 에너지 이득(Q≥10)을 기대하고 있다.
 

2025년 현재, ADMX와 같은 실험들은 액시온의 존재 가능성을 15년 내에 밝힐 수 있을 것으로 기대하고 있다.
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빅뱅이론 전문가는 "이번 연구는 과학과 대중문화가 만나는 새로운 지점을 제시한다"면서 "과거에는 단지 시트콤 속 화이트보드의 이스터에그에 불과했던 액시온 문제가 이제 실제 핵융합로와 암흑물질 탐색의 연결고리로 진화하고 있다"고 설명했다.  이어 "ITER와 같은 차세대 실험로는 단순한 에너지 생산을 넘어, 우주의 근본적인 비밀을 풀어내는 데 기여할 가능성이 열리고 있다"고 덧붙였다.