◎기체상태의 원자를 영하 273℃로 냉각/정지상태 관찰… 초미세구조 연구 전기70년전 알베르트 아인슈타인이 예견했던 새로운 물질상태인 「초원자」의 존재가 규명됐다. 미 콜로라도대 물리학과 칼 위맨 박사팀은 기체상태의 원자를 절대온도 0도(섭씨 영하 2백73.15도)에 가까운 극저온상태로 냉각시킬 때 원자가 운동을 정지하는 「초원자」 상태를 만들어냈다고 미 과학전문지 사이언스 최근호에 발표했다.
원자는 실온에서는 초속 수백로 빠르게 진동하지만 극저온에서는 정지해 마치 단일체와 같은 성질을 갖는다. 초원자는 자연상태로는 존재할 수 없고 실험실의 가상환경에서만 만들어질 수 있다.초원자상태의 규명은 원자를 정지상태에서 관찰할 수 있게 해 물질의 초미세구조를 밝히는 전기를 마련한 것으로 평가된다.
초원자는 1925년 아인슈타인이 양자역학의 태두인 인도의 사티엔드라 나스 보스의 연구를 토대로 처음 예견해 물리학에선 「보스―아인슈타인 응축물」로 불리며 이론상으로 존재할 것이라고 예견돼 왔으나 극저온 냉각기술이 뒷받침되지 못해 아직까지 증명되지 못했다. 그러나 최근 절대온도 0도 가까이까지 냉각할 수 있는 레이저 냉각법이 개발되면서 마침내 초원자상태를 규명할 수 있게 된 것이다.
연구팀은 레이저를 사방에서 쏘아 개별 원자의 움직임을 차단, 극저온 상태로 만드는 레이저냉각법을 사용했다. 연구팀은 기체상태의 루비듐 원자를 소형 유리용기에 넣어 레이저로 원자의 움직임을 차단시켜 절대온도로 10억분의 1백70도밖에 되지 않은 극저온을 만들었다.
한국과학기술연구원(KIST) 응용물리연구실 전영민 선임연구원은 『초원자상태의 규명은 아인슈타인의 상대성이론 발견에 버금갈 만큼 중요한 업적』이라며 『아직 응용분야는 정확히 알려지지 않았지만 정밀한 측정이 필요한 원자시계, 초고집적반도체 제작을 위한 원자레이저 등에 사용될 것으로 기대된다』고 말했다.<홍덕기 기자>
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