현대과학이 풀어야할 가장 중요한 문제들 중 하나는 암흑물질의 근본적인 정체를 규명하는 것입니다. 암흑물질의 선도적인 패러다임은 약하게 상호작용하는 무거운 입자 (WIMP) 암흑물질 이라고 합니다. 고 이휘소 박사와 고 스티븐 와인버그의 연구로 널리 알려진 이 패러다임은, 암흑물질이 전자기-약작용 상호작용과 연관돼 있다면 (암흑물질의 질량이 전자기-약작용 스케일 근처에 있고, 표준모형 입자들과의 상호작용 크기가 전자기-약작용 크기와 비슷하다면), 천체물리 관측들을 통해 측정된 암흑물질의 잔존 양(relic abundance)을 자연스럽게 설명할 수 있어서, “WIMP의 기적”으로 널리 알려져 있습니다. 

WIMP가 설득력 있는 다른 이유는, 초기 우주에서 암흑물질과 표준모형의 입자들이 평형상태를 이루기 때문에 암흑물질 잔존 양이 우주 초기 조건에 민감하지 않다는 점입니다. 그러나, 지금까지 수십 년간 활발히 수행된 우주암흑물질의 직접 실험들 에서 WIMP 암흑물질은 관측되지 못하였고, 때문에 WIMP 암흑물질 패러다임은 막다른 골목에 몰리고 있습니다. 본 연구가 첫 번째로 제안하는 약하게 작용하는 연속체 암흑물질 (WIC)은 WIMP에서 입자를 질량간극이 있는 연속체로 대체하는 이론으로 WIMP 암흑물질 패러다임의 모든 장점들을 계승하지만, 암흑물질 직접 실험들과 모순이 되지 않는 새로운 패러다임입니다 [그림 1 참조].

우주암흑물질이 공진(resonance)형태의 입자로 존재한다는 입자물리학계의 기존의 틀에서 벗어나서, 질량 간극이 있는 연속체로 존재할 수 있다는 가능성은 현존하는 암흑물질에 대한 패러다임들 중 우주의 암흑물질을 가장 자연스럽게 설명할 수 있는 패러다임을 제시합니다. 세계 최초로 질량 간극이 존재하는 연속체 암흑물질의 가능성을 탐구하는  본 연구는, 기존의 암흑물질 이론들과는 질적으로 다른 실험 관측량들을 제시하는 새로운 현상론을 개척하는 연구입니다. 우주암흑물질 연구에 필수적인 우주 역사의 일반적인 특징들을 다루기 위해서 본 연구는 질량 간극이 있는 연속체 우주암흑물질을 위한 이론의 틀을 정립하고 이에 맞는 계산방법등을 개발하며, 이를 토대로 현상론적인 모델을 수립하고, 다양한 실험 및 관측에 대한 예측을 제시할 것입니다.

[그림1] 연속체 우주암흑물질