이세욱 경북대 물리학과 교수팀이 입자 에너지 측정의 정확도를 획기적으로 높인 캘로리미터를 개발했다. 이는 우주의 근원을 탐구하는 입자물리학 실험에서 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다.

입자물리학 실험은 우주를 구성하는 기본 입자를 탐색하고 상호작용을 연구하는 학문이다. 캘로리미터는 보통 납, 구리, 우라늄 등 금속으로 만들어진 입자 검출기다. 파이온 같은 강입자 또는 전자가 높은 밀도의 금속 내부로 입사 할 때 만들어진, 수많은 입자(샤워 입자)의 에너지를 측정함으로써 입사 입자의 에너지를 측정한다. 특히 강입자가 입사할 경우 생성된 샤워 입자 중 전자·양전자·광자와 같은 입자들의 생성량과 핵자 간 결합 에너지 손실의 불규칙적인 변화로 인해 정확한 에너지 측정이 어려웠다. 이는 지난 40년간 캘로리미터로 강입자의 에너지를 측정하는데 해결해야 할 가장 중요한 문제였다.

이세욱 교수는 미국 텍사스 공과대학과 아이오와 주립대, 이탈리아의 파비아대학, 피사대학과 공동 연구를 통해 전자·양전자·광자 생성량의 불규칙적인 변화를 매번 강입자가 입사해 샤워 입자를 만들 때 마다 측정하고 보정함으로써 이 문제를 해결할 수 있는 이론 및 실험적 결과를 제시했다. 공동연구팀은 고분해능으로 다양한 종류의 기본 입자들과 강입자의 다발인 젯의 에너지를 측정할 수 있는 방법을 실험적으로 증명했다.
이 실험은 1997년 최초 아이디어가 제안된 이후 2017년 마지막 실험까지 20년간의 연구 기간을 거쳤다. 이 교수는 2009년부터 현재까지 9년 동안 이 실험에 참여했다.

이세욱 교수를 포함한 공동연구팀은 지난 20년간 연구 결과를 총 망라해 미국 물리학회가 주관하는 전문 학술지(Reviews of Modern Physics)에 게재했다.
이 학술지는 물리학 분야에서 피인용 지수(Impact Factor)가 가장 높은 45.547(5년 평균, JCR 2016년 기준)이며 1년에 40편 정도의 논문만 싣는 매우 권위있는 저널이다.

이세욱 교수는 “이러한 개념의 캘로리미터가 미래에 건설될 전자-양전자 충돌 실험에 채택 될 경우 입자들 사이의 상호작용, 새로운 입자 탐색에 중대한 기여를 할 것이며, 입자물리학 실험의 새 시대를 여는데 큰 역할을 할 것으로 기대된다.”고 밝혔다.

이 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 신진연구(유형II)사업의 ‘고분해능 에너지 측정을 위한 듀얼-리드아웃 캘로리미터 연구’의 지원을 받아 진행됐다.