2023년 노벨물리학상은 아토초(attosecond) 단위의 빛 펄스를 생성하고 활용하는 방법을 개발한 세 명의 과학자에게 수여되었습니다. 아토초는 100경분의 1초로, 원자와 분자 내부에서 일어나는 초고속 과정을 관찰할 수 있는 시간 단위입니다. 이들의 연구는 원자와 분자의 세계를 탐구하는 새로운 창을 열었으며, 미래의 과학과 기술에 큰 영향을 미칠 것으로 기대됩니다.
아토초란 ?
아토초는 시간의 단위 중 하나로, 1초를 100경으로 나눈 것입니다. 이는 매우 짧은 시간으로, 우리가 일상에서 경험할 수 있는 것과 비교하기 어렵습니다. 예를 들어, 빛은 1초에 약 30만 킬로미터를 이동합니다. 그러나 아토초 단위에서는 빛이 약 0.3 나노미터(원자 한 개 크기)밖에 이동하지 못합니다. 따라서 아토초는 원자와 분자의 구조와 동작을 관찰하기에 적합한 시간 단위라고 할 수 있습니다.
아토초 펄스란?
아토초 펄스란 아토초 단위로 측정할 수 있는 짧은 빛의 펄스입니다. 일반적으로 아토초 펄스는 초강력 레이저를 이용하여 생성됩니다. 초강력 레이저는 가스 원자에 충돌하여 고에너지 전자를 방출하게 합니다. 이 전자들은 다시 가스 원자에 의해 가속되고 감속되면서 짧은 파장의 광선을 방출합니다. 이 광선들이 서로 간섭하여 아토초 펄스를 형성합니다.
아토초 펄스의 활용
아토초 펄스는 원자와 분자 내부에서 일어나는 초고속 과정을 관찰하고 제어하는데 사용됩니다. 예를 들어, 아토초 펄스를 이용하여 전자가 원자 핵 주변을 돌아가는 모습이나 분자가 결합하거나 해체되는 모습을 촬영할 수 있습니다. 이러한 과정은 자연계의 기본적인 현상이며, 화학 반응이나 물질의 특성을 결정하는 요소입니다. 아토초 펄스는 이러한 현상을 이해하고 조작하는데 도움이 될 수 있습니다.
노벨물리학상 수상자들의 공헌
2023년 노벨물리학상의 수상자들은 아토초 펄스를 생성하고 활용하는 방법을 개발하고 시연한 과학자들입니다. 피에르 아고스티니 교수는 2001년에 최초로 아토초 펄스를 만들었으며, 이를 이용하여 전자가 원자 핵 주변을 돌아가는 모습을 촬영하는 방법을 제안하였습니다. 페렌츠 크라우스 교수는 2006년에 가장 짧은 아토초 펄스(53 아토초)를 생성하였으며, 이를 이용하여 분자가 결합하거나 해체되는 모습을 촬영하는 방법을 개발하였습니다. 안 륄리에 교수는 2010년에 아토초 펄스를 이용하여 원자와 분자의 전자 구조를 측정하는 방법을 고안하였으며, 이를 통해 원자와 분자의 성질과 상호작용을 연구하였습니다.
마치며
아토초 펄스는 원자와 분자의 세계를 탐구하는 새로운 도구입니다. 노벨물리학상 수상자들은 아토초 펄스를 생성하고 활용하는 방법을 개발하고 시연하였으며, 이를 통해 원자와 분자 내부에서 일어나는 초고속 과정을 관찰하고 제어할 수 있게 되었습니다. 이들의 연구는 물리학과 화학의 기본적인 문제를 해결하는데 기여할 뿐만 아니라, 미래의 과학과 기술에도 영향을 미칠 것으로 예상됩니다.