미국에서 진행 중인 ‘심층 지하 중성미자 실험(Deep Underground Neutrino Experiment, DUNE)’이 전 세계 물리학계의 주목을 받고 있다. 이 프로젝트는 인간 존재의 근원을 이해하고 우주의 작동 원리를 밝히기 위한 세계 최대 규모의 중성미자 연구로 미국 에너지부 산하 페르미 연구소(Fermilab)가 주관하고 있다.

DUNE은 미국 일리노이주 페르미랩과 사우스다코타주 샌포드 지하 연구 시설에 설치될 예정이며, ‘장기선 중성미자 시설(Long-Baseline Neutrino Facility, LBNF)’의 핵심 실험으로 자리 잡고 있다. 전 세계 30여 개국에서 모인 1,400명 이상의 과학자와 엔지니어들이 협력하여 구성된 국제 공동 프로젝트로 참여 기관과 국가에도 기술적·경제적 파급효과를 제공하고 있다.

이 실험의 가장 큰 목표는 세 가지다. 첫째, 중성미자가 왜 우주가 물질로 구성되었는지를 설명할 수 있는 단서를 찾는 것이다. 둘째, 아인슈타인이 꿈꿨던 힘의 통일을 실현하는 데 도움이 될 수 있는 새로운 아원자 현상을 탐구하는 것이다. 셋째, 초신성 폭발에서 방출되는 중성미자를 관측하여 중성자별이나 블랙홀이 탄생하는 순간을 직접 목격하는 것이다.

DUNE의 검출기는 페르미랩과 샌포드 랩의 지하 깊숙이 각각 설치되며, 특히 샌포드 시설의 원거리 검출기는 동종 장비 중 세계 최대 규모를 자랑한다. 이 첨단 검출기는 전례 없는 정밀도로 중성미자와 물질의 상호작용을 포착하며 전 세계 과학자들이 글로벌 컴퓨팅 인프라를 통해 데이터를 분석할 예정이다.

LBNF는 DUNE 실험이 이루어질 거대한 지하 동굴과 극저온 기반 시설을 제공한다. 약 80만 톤의 암석이 굴착되는 대규모 공사로 중성미자가 페르미랩에서 사우스다코타로 이동할 수 있도록 지하 구조물이 건설된다. 이 과정에서 터널을 직접 뚫지 않고 암석과 흙을 관통해 중성미자를 전달할 수 있도록 설계된 점이 주목된다.

또한, DUNE의 핵심 동력원인 ‘PIP-II(프로톤 개선 프로젝트 II)’는 세계에서 가장 강력한 고에너지 중성미자 빔을 생산한다. 길이 215미터의 입자 가속기로 구성된 PIP-II는 국제 파트너들의 협력을 통해 최신 초전도 무선 주파수 기술이 적용된 차세대 가속기다.

전문가들은 DUNE이 완성되면 인류가 우주를 구성하는 근본 입자와 에너지의 비밀을 규명하는 데 결정적인 전환점이 될 것으로 보고 있다. 나아가 이번 프로젝트는 과학의 한계를 확장함과 동시에 인류 존재의 근원을 탐구하는 ‘21세기의 거대 실험’으로 평가받고 있다.