남극은 다큐멘터리나 영화에서 많이 볼 수 있지만 여전히 미지의 세계다. 남극의 빙하라면 흔히 큰 얼음덩어리를 떠올리는 데서 그치지만, 이를 이용해 우주의 근본을 탐구하는 사람들이 있다. 바로 우주를 구성하는 가장 기본적인 입자, 중성미자에 대한 연구를 진행하는 '중성미자 천체입자 연구실' 사람들이다. 오늘은 그중에서도 세계 최대의 중성미자 검출기인 IceCube 연구를 위해 남극에 장기파견을 다녀온 Hrvoje 학우를 만나보았다. Hrvoje Dujmovic 는 현재 우리 대학 중성미자 천체입자물리 연구실에 있다.

Q. 안녕하세요. 자기소개 부탁드립니다.

안녕하세요. 저는 Hrvoje Dujmović입니다. 크로아티아에서 태어났고, 어릴 때 스위스로 이사를 가게 되었어요. 한국에 온 지는 4년 정도 되었고 현재는 성균관대학교 대학원 물리학과에서 박사학위를 진행 중입니다. 산악, 스키, 윈드서핑을 좋아하고 재미있는 관광지에 가는 것도 좋아해요. 가장 좋아하는 한국 음식은 물냉면인데요, 사실 음식이 아주 맵지만 않다면 대체적으로 다 잘 먹습니다.

Q. 어떻게 한국에 오게 되었나요? 성균관대 대학원을 선택하게 된 계기는 무엇인가요?

원래는 제가 관심 있는 특정 분야에 대해 연구할 수 있는 곳을 찾고 있었어요. 그러다 성균관대학교 대학원 연구실에 자리가 있다는 것을 알게 되었고, 연구실도 굉장히 촉망받는 곳이어서 한국에 오기로 결심하게 되었어요. 뿐만 아니라 그 동안의 익숙했던 환경에서 벗어나 제게 익숙하지 않은 새로운 문화를 경험해 보고 싶기도 했습니다. 성균관대학교에 오기 전까지는 한국에 대해 거의 아는 게 없어서 어떻게 보면 여기에 오게 된 것은 일종의 우연이라고도 할 수 있겠네요.

Q. 물리학을 공부하게 된 이유는 무엇인가요?

물리학은 자연에 대한 가장 근본적인 것을 탐구하고, 우주가 어떻게 작동하는지에 대해 질문을 던지는 학문입니다. 모든 과학이나 기술에 대한 이해는 물리학에 기초를 두고 있지만, 아직도 여전히 그에 대한 중요한 질문들이 해결되지 않은 상태입니다. 저는 이러한 미제들을 해결하는 데에 조금이라도 기여하고자 하는 마음에서 물리학을 공부하고 있어요.

Q. 현재 연구 중이신 ‘중성미자’와 연구 방식에 대한 간단한 설명 부탁드립니다.

‘중성미자’는 현존하는 가장 가벼운 질량의 입자이며, 어디에나 존재하지만 이를 관찰하기는 매우 어렵습니다. 기존의 천문학자들은 중성미자가 방출하는 빛을 관찰하는 방식으로 연구를 했었는데, 저희는 그 대신에 ‘중성미자’ 자체를 보면서 연구를 진행하고 있습니다. 이를 통해서 중성미자의 특성이나 중성미자를 방출하는 환경에 대해 깊이 있는 연구를 할 수 있어요.

Q. 이번에 남극에 연구를 다녀오셨다고 들었습니다. 남극에 특별한 연구소인 ‘IceCube'가 있다고 하는데 어떤 연구소인지, 또 어떤 연구를 진행하셨는지요.

중성미자를 검출하려면 다량의 투명한 물질이 필요합니다. 남극의 얼음판 두께는 2.5km가 넘고 일부는 백만년 이상 된 것도 있어요. 남극의 여러가지 환경적 조건들이 얼음을 아주 깨끗하게 만들어 주어서 남극의 얼음판은 중성미자를 검출하기 위한 이상적인 매개체입니다. 세계 최대 중성미자 탐지기인 ‘IceCube'가 남극에 위치한 것도 이때문입니다. IceCube는 다목적 실험용이며, 현재는 300명이 넘는 사람들이 이곳에서 일하고 있어요. 그중 몇몇은 중성미자의 특성과 중성미자 상호작용에 대해서 연구하고 다른 사람들은 중성미자가 어디에서 발생하는지, 어떻게 생성되는지 연구하는데 더 초점을 맞추고 있습니다.

검출기의 내부 또는 근처에서 상호작용하는 중성미자는 검출기에 의해 측정될 수 있는 독특한 빛 섬광을 생성해 냅니다. 이러한 섬광의 모양과 타이밍을 측정함으로써 중성미자가 어느 방향에서 왔는지, 그리고 얼마나 많은 에너지를 운반하는지 알 수 있습니다. 이렇게 측정한 섬광을 이용하기 위해서는 남극의 얼음 내에서 빛이 어떻게 이동하는지 먼저 잘 이해해야 해요. 남극의 얼음은 매우 깨끗하지만, 먼지나 가스 거품, 불규칙한 얼음 결정체와 같은 불순물들이 여전히 남아 있습니다. 이러한 불순물들의 정확한 특성은 아직까지 잘 파악되지 않고 있어서 중성미자의 정확한 방향을 측정하는 데 방해가 되고 있어요. 저희 연구소는 카메라를 이용해 얼음의 사진을 찍고 이 사진들을 이용해 얼음 불순물의 본질을 알아내기 위한 다양한 시스템을 연구하고 있어요. 저는 남극에 이 시스템을 배치하고 저희의 첫 얼음 사진을 찍으러 다녀왔습니다.

Q. 남극에서의 연구 성과 중 가장 의미 있는 것은 무엇인가요?

남극에 다녀온 지 얼마 되지 않아서 아직 연구 결과가 어떻다고 단정 짓기는 이른 것 같아요. 지금은 연구한 것들을 분석하고 있고 결과가 도출되기까지는 시간이 조금 걸릴 것 같습니다. 전반적으로 가장 중요한 것은 카메라를 이용한 얼음 특성 연구가 가능함을 증명해 보인 것이라고 생각해요. 미래에는 더 큰 규모의 연구도 가능하겠죠.

Q. 남극에 다녀오신 소감을 말씀해주세요. 특별한 에피소드가 있었나요?

남극에서의 생활은 굉장히 단순했어요. 거의 모든 것들이 무료로 제공되었고, 연구 외에는 딱히 신경 쓸 게 없었어요. 정말 여유로운 시간이었습니다. 남극은 기압이 매우 낮고 공기가 정말 건조해요. 처음 도착했을 때는 좀 많이 힘들었는데, 며칠 지나니 적응이 되더라고요. 제가 정말 운이 좋았던 점은, 제가 남극에서 지내는 동안 크리스마스와 새해 맞이 파티, 남극점 표시 마크를 새로운 곳으로 옮기는 기념식이 열렸다는 거에요.

연구 기간 동안 남극에서 일하고 있는 다양한 분야의 학자들과 직접 이야기를 나눌 수 있다는 점이 가장 좋았어요. 그곳에는 천체물리학자, 대기물리학자, 기후학자, 기상학자, 지질학자, 빙하학자 분들이 계셨어요. 모두 저에게 남극에서 연구 중인 각자의 프로젝트에 대한 재미있는 이야기를 들려주셨습니다. 정말 즐거운 시간이었어요.

Q. 앞으로의 목표는 무엇인가요?

이제 박사학위도 끝내는 단계이고 다른 연구들도 차차 마무리 짓고 있습니다. 물론 이번 남극에서의 연구까지 포함해서요. 앞으로의 계획에 대해서는 아직 고민 중이긴 한데, 아마 IceCube의 유지와 관리를 위해서 다시 남극에 가게 될 수도 있을 것 같아요.

Q. 마지막으로, 연구실 동료들이나 연구실에 오고자 하는 사람들에게 한 마디 부탁드릴게요.

저는 제가 연구하는 물리학이라는 학문과, 함께 하는 연구실 사람들 모두 정말 좋다고 생각합니다. 여기서 함께 할 기회를 갖게 된 것을 진심으로 기쁘게 생각하고 있어요.

[Self introduction]

☞  Please introduce yourself.

My name is Hrvoje Dujmović. I was born in Croatia, but moved to Switzerland as a child. I moved to Korea four years ago and I am currently doing a PhD in physics at the Sungkyunkwan University. I like hiking, skiing and windsurfing and visiting interesting places. My favorite Korean food is 물냉면, but I like all kinds of food as long as it is not super spicey.

[Life in Korea]

☞  What made you to come to Korea? Why did you choose SKKU　graduate school?

Originally I was looking for a place where to study the specific research topic I was interested in. I found a position at a reasearch group in SKKU which seemed very promising and decided to move to Korea. Additionally I wanted to get out of my comfort zone and experience a new culture I wasn't used to. The fact that I ended up at the SKKU was almost an accident, as I did not know much about the school before coming here.

[Life in SKKU]

☞ What made you study physics? What is special about physics?

Physics allows us to study the most fundamental question in nature and to really try to explain how our universe works. Understanding of all our sciences and technologies are based on our understanding of physics and yet there are still many important unanswered questions in physics. I study physics because I want to make a, however small it might be, contribution to answering these questions.

☞ Please introduce simply about 'Neutrino Astroparticle' and your laboratory. What kind of subject does the lab primarily study on?

Neutrinos are the lightest massive particles in existence and while they are everywhere, neutrinos are externally difficult to detect. Traditionally, astronomers study objects in the sky by observing the light they emit. We are doing something similar, but instead of looking at light, we look at neutrinos. This can teach us a lot about the nature of the neutrinos and the nature of the objects emitting them.

☞ Please explain about the 'Ice Cube' and the research at the South Pole. What is the topic and purpose of the research? What is the Ice Cube and how does it works?

Detecting neutrinos requires a large volume of a transparent material. The ice sheet at the South Pole is over 2.5 km thick and parts of it are over a million years old. The Antarctic conditions make this ice very clear and an ideal medium for neutrino detection. This is why IceCube, the world's largest neutrino detector, is located at the South Pole. Neutrinos interacting in or near the detector produce characteristic light flashes which can be measured by the detector. By measuring the shape and timing of these flashes we can tell which direction the neutrino was coming from and how much energy it was carrying.

IceCube is a multi-purpose experiment and there are various things we can learn from studying the neutrinos. There are over 300 people working on IceCube. Some of them study the properties of the neutrinos and neutrino interactions. Others are more focused on studying where the neutrinos are coming from or how they are produced.

☞ What was the reason and purpose of going to the South Pole? Did you go the South Pole as a representative of your lab?

In order to use the light flashes we measure the direction of the neutrinos, we need to have a very good understanding of how the light travels through the Antarctic ice.

While the ice at the South Pole is very clear, there are still some impurities; dust, gas bubbles or irregularities in the ice crystals. The exact properties of these impurities are still poorly understood and this limits our ability to accurately determine the neutrino directions. Our lab at SKKU has been working on different systems that would use cameras to take pictures of the ice and use these pictures to learn about the nature of these ice impurities. I went to the South Pole to deploy this system and take our first pictures of the ice.

☞  What is the most meaningful or new finding from the study at the South Pole?

It's to early to tell how the results of this measurements will look like. I just came back from the Pole last week and the analysis of the data will take some time.

Overall the most important thing is probably that we showed that using cameras is a feasible way of studying the ice properties and that a larger scale study would be feasible in the future.

☞ Please tell me how you feel about your visit to the South Pole. What were the things that you had fun and hard time with? Were there any special episode at the South Pole?

The air pressure at the Pole is very low and the air is very dry. When you first arrive there it is pretty rough, but you get acclimated after a few days. Overall I had a really good time though. I got really lucky with the timing as during my stay there were several special events for Christmas and New Year celebrations and the ceremony of moving the South Pole marker to the new location. Easily the best part of the experience was talking to the people at the Pole about all kinds of interesting project they are working on there. There are astrophysicists, atmospheric physicists, climatologists, meteorologists, geologists and glaciologists at the Pole and they all had interesting stories to tell about their work there. In a way life is also simpler at the Pole; most things are provide for you for free, for most of the time you do not have any internet access and, besides your own research, there are very few things you have to take care of. I found the whole experience to be kinda relaxing.

☞ What is your goal from now on? What kind of study do you want to do?

I am finishing up my PhD and warping up some of the research I am working on, including the analysis of the data I measured while at the Pole. I am still considering what to do afterwards. I might go back to the Pole for an IceCube maintenance position.

☞ Please say something to the people in your lab or to those who want to come to the lab.

I think the physics we're doing and the people I work with are both amazing and I am really glad to have the opportunity to work here.