노벨 물리학상 3인의 '아토초 물리학'

2023년 노벨 물리학상 수상자가 선정됨에 따라, 이들의 공적에 관심이 쏠린다.

4일 스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 과학자 트리오인 피에르 아고스티니(70)와 페렌츠 크러우스(61), 안 륄리에(여·65)에게 노벨 물리학상을 수여하기로 했다.

이들은 원자 내부에 있는 전자의 움직임을 잡아낼 정도로 파장이 짧은 '찰나의 빛'인 아토초(100경분의 1초) 펄스광을 만들어내는 새 실험방법을 고안해냈다.

이에 대해 노벨위원회는 인류에게 원자와 분자 안에 있는 전자의 세계(world of electrons)를 탐사할 새로운 도구를 건네준 실험들을 한 공로를 인정했다고 밝혔다.

▲ 2023년 노벨 물리학상 수상자들. [연합뉴스 제공]

전자의 세계에서는 영점몇 아토초만에도 변화가 나타나기 때문에, 일반적인 빛으로는 관찰이 불가능하다.

예를 들어 100분의 1초 사이에 일어나는 사건을 셔터 속도가 10분의 1초인 카메라로 찍을 수 없듯이, 100경분의 1초 단위로 사건이 변화가 나타나는 전자세계는 그만큼 극도로 짧은 파장의 빛이 있어야 관측 및 측정이 가능하다. 이번 노벨 물리학상 수상자들은 이를 위한 방법을 만들어낸 것이다.

륄리에는 1987년 불활성 가스를 통과하는 적외선 레이저광에서 다양한 파장과 주파수의 빛이 발생한다는 사실을 발견했다.

이러한 현상은 레이저광과 가스내 원자간 상호작용 과정에서 에너지를 흡수한 전자가 빛을 방출하면서 생겨나는 것으로 밝혀졌으며, 륄리에는 이를 지속적으로 연구해 후속 연구를 위한 토대를 쌓았다.

이어 2001년 아고스티니는 250아토초의 파장을 지닌 일련의 연속적 펄스광을 만들어내고 조사하는 데 성공했고, 이와 동시에 크러우스는 650아토초 길이의 파장을 지닌 단일한 펄스광을 분리해 내는 성과를 냈다.

전자공학에서는 물질 내에서 전자가 어떤 반응을 보이는지 이해하고 제어하는 것이 중요하다. 아토초 펄스광은 서로 다른 분자를 식별하는데 쓰일 수 있어, 의료 진단 등 분야에도 쓰일 수 있다.