How to build a dark matter detector - Jenna Saffin

번역: Minseo Yun 검토: Won Jang

“세상에 대해서 우리가 알고 있는 것이 전부라고 생각하지 말라.

어떤 영역을 탐구하든지 보이지 않는 물질을 찾아라.” -나단 울프

More than two kilometers below the surface of northern Ontario,

북부 온타리오 지표면으로부터 2km 이상 내려가면

suspended in 345,000 liters of ultra-pure water,

345,000L의 초순수에 떠 있는 (초순수: 극도로 정제해서 이온을 제거한 물)

there’s a perfect sphere.

완벽한 구체가 있습니다.

It contains 3600 kilograms of liquid argon,

이 구체 안에는 3600kg의 액화 아르곤이

cooled to -180 degrees Celsius.

영하 180도로 냉각되어 있지요.

Scientists continuously monitor this chamber from above ground,

과학자들은 지상에서 이 방을 계속해서 관찰하며

looking for a glimmer of light in the darkness.

어둠속에서 빛 한줄기를 찾으려 하고 있습니다.

Because down here,

왜냐하면 지구 표면의 이 아래의 물 보호막에 감싸여진 곳에서 나올 빛은

deep beneath the Earth’s surface and cocooned in a watery shield,

that light would indicate the presence of one of the universe’s greatest mysteries:

우주의 가장 위대한 신비 중 하나의 존재를 증명할 것이기 때문입니다.

dark matter.

바로 암흑 물질입니다.

All the matter we can see, planets, stars and galaxies,

행성들, 별들, 그리고 은하들과 같은 우리가 볼 수 있는 모든 물질은

doesn’t create enough gravitational pull

우주의 더 거대한 구조를 설명하기에

to explain the universe’s larger structure.

충분한 중력을 생성해내지 못합니다.

It’s dark matter, which is estimated to make up 25% of the known universe.

알려진 우주의 25%를 차지하는 것으로 추정되는 것은 바로 암흑물질입니다.

But despite its prevalence,

이 물질은 어디에든 퍼져있지만

so far we haven’t been able to detect it directly.

지금까지 우리는 이것을 직접 발견할 수 없었습니다.

It’s no small challenge.

이것은 절대 작은 도전이 아닙니다.

Dark matter was so named because it doesn’t interact with any type of light,

암흑 물질이 그렇게 불리는 이유는 이 물질이 가시광선이든 아니든

visible or otherwise,

어떤 빛과도 상호작용하지 않고

which means our usual observation tools

따라서 우리가 사용하는 일반적인 관측도구들이

simply don’t work when trying to observe it.

이 물질은 관측 할 때 소용이 없기 때문입니다.

But while dark matter may not be visible in the electromagnetic spectrum,

하지만 암흑 물질이 전자기파 스펙트럼에서 보이지 않는다고 해도

it’s still matter,

여전히 이것은 물질이므로

so we should be able to measure its interactions with other matter.

우리는 이 물질과 다른 물질 사이의 상호작용을 측정할 수 있어야 합니다.

And if our current model of physics is correct,

그리고 만약 우리의 현재의 물리학 모델이 옳다면

billions of sub-atomic dark matter particles

수십억 개의 아원자 암흑 물질 입자들이

are passing through the Earth every second.

매초 마다 지구를 통과하고 있습니다.

Despite the prevalence of dark matter,

이처럼 암흑 물질은 널리 퍼져 있지만

its interactions are predicted to be rare and extremely weak.

그것들의 상호 작용은 드물고 매우 약할 것으로 예측됩니다.

To detect these interactions,

이러한 상호 작용을 감지하려면

dark matter experiments need to be incredibly sensitive.

암흑 물질과 관련된 실험은 매우 민감해야만 합니다.

With such sensitive equipment,

이렇게 민감한 장비를 사용하면,

the ever-present background radiation on Earth’s surface

지구 표면에 항상 존재하는 자연방사선이

would create so much noise in the data

데이터에 너무 많은 잡음을 발생시켜

that any dark matter particles would be completely overwhelmed.

암흑 물질 입자들의 상호작용이 완전히 묻혀버릴 수 있습니다.

It would be like trying to hear a pin drop on a busy city street.

혼잡한 도시의 거리에서 바늘 떨어지는 소리를 들으려는 것과 같죠.

To solve this problem,

이 문제를 해결하기 위해

scientists have had to dig deep into the Earth.

과학자들은 지구 깊이 파고들어가야 했습니다.

Dark matter experiments are set up in specialized underground labs,

암흑 물질 실험은 특화된 실험실들에서 이루어지고

either in mines or inside mountains.

이 실험실들은 보통 광산이나 산속에 있지요.

The rock that makes up the Earth’s crust works like a filter,

지구의 지각을 구성하는 암석은 필터처럼 작용합니다.

absorbing radiation and stopping disruptive particles.

방사선을 흡수하고 방해가 되는 입자들을 막아주죠.

The ultra-pure water in which the detector is suspended

탐지기가 부유하고 있는 초순수는

adds an additional layer of radiation filtering.

방사선을 걸러주는 추가적인 막을 생성합니다.

This shielding ensures that only the particles scientists are looking for

이 차폐물은 과학자들이 찾고 있는 입자들만이

can make their way into the detectors.

탐지기 안으로 들어갈 수 있도록 해 줍니다.

Once these particles reach an experiment’s inner vessel,

일단 이 입자들이 실험의 내부 용기에 도달하면

scientists have a chance of detecting them.

과학자들은 그것들을 발견할 기회를 얻게 됩니다.

The detector media are chosen because they’re exquisitely sensitive detectors

탐지기 매체는 아주 잘 정제할 수 있는

that can be purified extremely well.

아주 정교하고 민감한 감지기로 선택됩니다.

These could be a liquid noble gas,

이것들은 액체의 비활성 기체일 수도 있고

germanium

저마늄

and silicon crystals,

그리고 결정질 실리콘

a refrigerant,

냉각제

or other materials.

혹은 다른 물질일 수 있습니다.

When radiation interacts, it leaves tell-tale signs,

방사선이 상호작용 할 때, 숨길 수 없는 흔적을 남깁니다.

such as light or bubbles,

빛이나 거품 같은 것이죠.

which can be picked up by the sensors inside the detector.

이것들은 탐지기 내부에 있는 센서에 의해 감지될 수 있습니다.

The detector media are held in a central chamber made of glass

탐지기 매체는 유리나 특수한 아크릴로 만들어진

or a special type of acrylic.

중앙 격실에 보관됩니다.

These chambers have to be able to hold the substance inside

이 격실은 그속에 물질을 보관할 수 있으면서도

without interacting with it

물질과 상호작용하지 않아야 하고

while withstanding incredible pressure from the water outside.

외부에 있는 물의 엄청난 압력을 견뎌내야 하죠.

The inner vessel is surrounded by powerful sensors

내부 용기는 강력한 센서들로 둘러싸여 있습니다.

designed to detect even the tiniest blips of light,

아주 작은 빛의 깜빡임이나, 단 하나의 거품에 의한

or the sound vibrations caused by a single bubble.

소리의 진동도 감지할 수 있도록 고안되어 있죠.

Each sensor records data 24/7,

각 센서는 데이터를 쉬지 않고 언제나 기록합니다.

and experiments run for months and years at a time,

그리고 실험은 몇 달, 몇 년 동안 진행되어

generating terabytes of data every day.

매일 TB단위의 데이터를 생성합니다.

Building dark matter detectors is as much a feat of engineering

암흑 물질 탐지기를 만드는 것은 물리학의 업적이기도 하지만

as it is a feat of physics.

공학의 역할도 매우 큽니다.

By the time an experiment is ready to start collecting data,

실험이 데이터를 수집하기 시작할 준비가 될 때 즈음에는

years or decades of work and investment have already gone into it,

이미 수십 년에 걸친 작업과 투자가 진행되어

to the tune of tens of millions of dollars.

수천만 달러의 거금이 투입된 상태입니다.

As of 2017, no dark matter particles have been directly detected.

2017년 현재, 어떤 암흑 물질 입자도 발견되지 않았습니다.

That’s not entirely surprising.

그것은 전혀 놀라운 일이 아닙니다.

Physicists expect these interactions to be incredibly rare and difficult to detect.

물리학자들은 이런 상호작용이 매우 드물고 탐지하기 어렵다고 예상합니다.

In the meantime,

그동안

scientists continue to develop new technologies

과학자들은 새로운 기술을 계속해서 개발합니다.

and increase detector sensitivity,

또한 탐지기의 감도를 높이며

closing in on where dark matter is hiding.

암흑 물질이 숨어있는 곳에 다가가고 있습니다.

And when they find it,

그리고 그것을 발견하면

we’ll finally be able to bring the universe’s darkest secrets into the light.

우리는 마침내 우주의 가장 어두운 비밀들을 밝힐 수 있을 것입니다.

암흑 물질에 대해 더 자세히 알고 싶으신가요?

이 영상들을 확인하시고

우주의 더 어둡고 깊은 것을 알아보세요.