전자!! 꼼짝마🫵 100경 분의 1초, 찰나의 순간을 포착하라! 🏆2023 노벨 물리학상(Nobel Prize) | 요즘과학
노벨상은 후보 선정부터 수상자 발표까지 철저한 보안을 유지하는 것으로 명성이 높습니다. 심사 과정은 무려 50년 동안 비공개로 부쳐지며, 수상자 본인에게도 공식 발표 직전에야 소식이 전달됩니다. 2023년 노벨 물리학상 수상자들 역시 이러한 기습 통보로 인해 흥미로운 일화를 남겼습니다. 피에르 아고스티니 교수는 딸의 전화를 통해 뒤늦게 수상 사실을 알게 되었고, 안 륄리에 교수 또한 예상치 못한 순간에 소식을 접했습니다. 이러한 철저한 보안과 신뢰성은 노벨상이 세계 최고의 권위를 유지하는 원동력이 됩니다. 올해 노벨 물리학상의 핵심은 원자나 분자 내부에서 일어나는 전자의 역동적인 움직임을 찰나의 순간에 포착해낸 기술에 있습니다. 전자의 운동 속도는 상상을 초월할 정도로 빨라서, 일반적인 고속 카메라로는 그 움직임을 분석하는 것이 불가능합니다. 예를 들어 전자는 100만 분의 1초라는 짧은 시간 동안 수소 원자 주위를 약 67억 바퀴나 돌 수 있습니다. 이처럼 극도로 빠른 미시 세계의 현상을 관찰하기 위해서는 기존의 기술적 한계를 뛰어넘는 완전히 새로운 방식의 측정 도구가 필요했으며, 연구자들은 빛을 이용한 혁신적인 해결책을 제시했습니다. 연구진이 개발한 해결책은 바로 '아토초'라는 극히 짧은 시간 단위의 빛을 만들어내는 것이었습니다. 1아토초는 10의 -18승 초를 의미하며, 이는 우주의 나이인 138억 년을 초 단위로 환산한 수치와 대조될 만큼 찰나의 순간입니다. 빛은 1초에 지구를 일곱 바퀴 반이나 돌 정도로 빠르지만, 1아토초라는 짧은 시간 동안에는 원자의 지름 수준인 0.3나노미터 정도밖에 이동하지 못합니다. 이처럼 극도로 짧은 시간 동안만 반짝이는 '아토초 펄스'는 전자의 움직임을 정지 화면처럼 포착할 수 있는 초고속 플래시 역할을 수행합니다. 아토초 펄스를 생성하는 원리는 가스 원자에 강력한 펨토초 레이저를 조사하는 과정에서 시작됩니다. 레이저의 전기장 영향으로 원자에서 떨어져 나갔던 전자가 다시 결합할 때 에너지를 방출하는데, 이때 발생하는 다양한 파장의 빛들이 조화롭게 중첩되면서 아토초 펄스가 형성됩니다. 이는 마치 기타 줄을 튕겼을 때 여러 배음이 섞여 독특한 음색을 만드는 원리와 유사합니다. 안 륄리에 교수는 이 현상의 이론적 토대를 마련했고, 피에르 아고스티니와 페렌츠 크라우스 교수는 실제로 각각 연속적인 펄스와 단일 펄스를 구현해냄으로써 이론을 현실로 증명했습니다. 새로운 과학적 발견이 실생활에 미칠 영향을 당장 예측하기는 쉽지 않습니다. 과거 레이저가 처음 발명되었을 때도 그것이 오늘날 수술이나 통신, 마트의 바코드 스캐너에까지 폭넓게 쓰일 것이라고는 누구도 상상하지 못했습니다. 아토초 레이저 역시 현재는 전자의 움직임을 이해하는 기초 과학 단계에 머물러 있지만, 향후 전자공학이나 의료 진단 분야에서 혁신적인 변화를 이끌어낼 잠재력을 품고 있습니다. 급변하는 과학 기술의 흐름 속에서 노벨상이 전통을 지키면서도 유연하게 대처해 나간다면, 인류의 지적 지평을 넓히는 등대 역할을 변함없이 수행할 것입니다.
![[강연] 초고속 현상 연구를 위한 극한의 빛, 아토초 펄스_by 김경택 | 고등과학원&카오스재단 '2023 노벨상 해설강연'](https://i.ytimg.com/vi_webp/fEokYHwbU-Y/maxresdefault.webp)