"100경분의 1초 포착"···아토초 실험 연구자들 '노벨물리학상'

[이데일리 강민구 기자] 올해 노벨 물리학상은 물질의 전자 역학 연구에 필요한 찰나의 순간을 초고속 카메라 플래시처럼 강력하면서도 순간적으로 포착하는 실험을 한 물리학자들에게 돌아갔다. 수상자들은 아토초(100경분의 1초) 단위의 빛의 파동을 발생시키는 실험적인 방법을 연구해 인류가 원자단위의 전자 구조를 이해할 수 있는 기반을 마련했다. 이를 통해 전자공학, 의료 진단 분야에서 전자를 제어하고, 다양한 분자를 식별이 필요한 산업 발전에 기여했다.

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 3일(현지시간) 피에르 아고스티니 미국 오하이오주립대 교수, 안 륄리에 스웨덴 룬드대 교수, 페렌츠 크라우스 독일 막스플랑크연구소 양자광학연구소장에게 노벨 물리학상을 주기로 했다고 발표했다.

올해 노벨물리학상을 수상한 피에르 아고스티니, 안 륄리에, 페렌츠 크라우스.(사진=오하이오주립대, 막스플랑크연구소, 룬드대)

노벨위원회는 “수상자들은 원자와 분자 내부의 전자 세계를 탐구하기 위한 새로운 도구를 인류에게 제공했다”며 “전자가 이동하거나 에너지를 변경하는 빠른 과정을 측정하는 데 사용할 수 있는 매우 짧은 빛(펄스광)을 생성하는 방법을 시연했다”고 설명했다.

전자가 움직이거나 에너지량이 변화하는 과정을 측정할 수 있는 아주 짧은 파장을 지닌 빛을 만드는 방법을 통해 원자와 같은 미시세계 연구를 할 수 있다. 일반적인 빛으로는 관찰하기 불가능한 아토초의 영역을 관찰해 100경분의 1초 단위로 사건 변화가 나타나는 세계를 관찰할 수 있다. 100경분의 1초 단위로 사건이 변화가 나타나는 전자세계는 극도로 짧은 파장의 빛이 있어야 관측이 가능한데 이를 위한 방법을 만든 것이다.

수상자들의 실험은 매우 짧은 펄스광을 생성해 아토초 단위로 전자의 움직임을 측정하고, 펄스가 원자와 분자 속 이미지를 제공하는 데 사용할 수 있다는 사실을 입증했다.

남창희 기초과학연구원 초강력 레이저과학 연구단장은 “펨토초가 분자 단위를 연구한다면 아토초 펄스 연구를 통해 원자에서 일어나는 초고속 현상 연구가 가능하다”며 “이들은 아토초 물리이자 아토초 과학이라고 하는 분야 발전에 기여했다”고 했다. 남 교수는 “원자 상태 변화를 아토초 시간 영역에서 일어나는 것을 알게됐다는 점에서 큰 의미가 있다”고 설명했다.

조동현 고려대 물리학과 교수도 “현미경이 의학적으로 공간 분해능으로 생물학 발전을 이끌었다면 이들의 연구를 통해 초고속 카메라처럼 찰나의 순간을 들여다볼 수 있는 방법을 갖게 됐다”고 했다.

아고스티니는 프랑스계 미국인, 크라우스는 헝가리·오스트리아인, 륄리에는 프랑스인으로 전해졌다. 노벨위원회 의장인 에바 올슨은 “이제 우리는 전자 세계로 가는 문을 열 수 있게 됐다”며 “아토초 물리학은 우리에게 전자에 의해 지배되는 메커니즘을 이해할 수 있는 기회를 제공했으며, 앞으로 남은 단계는 이를 활용하는 것”이라고 했다.

수상자 3명은 상금 1100만 스웨덴 크로나(약 13억 5000만원)를 균등하게 나눠 갖는다. 시상식은 알프레드 노벨의 기일인 노벨상 시상식은 알프레드 노벨의 기일인 12월 10일이 낀 ‘노벨 주간’에 스웨덴 스톡홀름(생리의학·물리·화학·문학·경제상)과 노르웨이 오슬로(평화상)에서 열린다.

앞서 발표된 생리의학상은 인류가 코로나19 전 세계적 대유행병(팬데믹)을 이겨내는데 기여한 mRNA 백신 연구자들이 받았다. 헝가리 출신의 커털린 커리코 바이오엔테크 수석 부사장과 미국 출신의 드류 와이즈만 미국 펜실베이니아대 의대 교수는 mRNA가 면역 체계와 상호 작용하는 방식에 대한 이해를 높여 모더나, 바이오엔테크 등 제약업계가 코로나19 발생후 mRNA 백신이 신속하게 개발되는데 기여했다.

노벨재단은 생리의학상과 물리학상 발표에 이어 4일 화학상, 5일 문학상, 6일 평화상, 9일 경제학상 수상자를 발표할 예정이다.