부산대 물리학과 출신 미국 유학생 김은성 박사, 세계적 과학잡지 사이언스에 특집기사로 소개
부산대 물리학과 출신 미국 유학생 김은성 박사
김은성 박사는 박사학위 지도교수였던 모제스 첸 교수와 함께 2004년 1월에 네이쳐(NATURE)지에 헬륨-4(양성자와 중성자가 각각 두 개인 헬륨의 동위원소) 물질이 대기압의 62배에 해당하는 초고압과 0.2K(0K는 섭씨 영하 273도)의 극저온의 환경에서 유리로 만들어진 기공물질 속에서 고체상태이면서 점성이 없이 흐르는 유체의 성질을 보이는 “초고체(supersolid)"현상을 실험적으로 발견한 것을 보고했다. 그리고 2004년 9월에는 실험을 보강하여 기공물질을 이용하지 않고 헬륨-4 물질이 혼자서 대기압의 25배 이상에 해당하는 초고압과 0.2K의 극저온의 환경에서 초고체 성질을 보이는 것을 사이언스지에 보고했다.
이번에 게재된 사이언스지의 기사에 따르면 김은성 박사가 실험적으로 발견한 초고체현상은 물리학계에 세계적인 반향을 일으켜 최고 수준의 실험 및 이론 물리학자들이 이 현상이 실제로 존재하는 지에 대한 보강연구를 활발히 하고 있다. 미국 오하이오주립대의 제이슨 호 교수는 “증명만 된다면 초고체 헬륨-4의 발견은 고체물리학분야에서 가장 중요한 발견 가운데 하나가 될 것이다”고 말했다. 현재 광가속기를 이용한 보강 실험을 계획하고 있는 김 박사와 첸 교수는 새로운 실험의 결과가 초고체의 존재에 대한 거의 확실한 증명을 할 수 있을 것이라 말했다.
헬륨-4물질은 2.176K까지 냉각시키면 보스-아인슈타인 응축 현상이 일어나며, 점성이 사라져 가만히 있어도 컵의 물이 스스로 빠져나가는 초유체(superfluid)가 된다. 보스-아인슈타인 응축은 1924년 알베르트 아인슈타인과 인도의 물리학자인 사첸드라 내스 보스에 의해 처음 예견된 것으로, 기체와 액체에서는 이런 현상이 발견됐지만 고체에서 발견되기는 처음이다. 보스-아인슈타인 응축은 원자들의 움직임이 극도로 제한되고 간격도 가까워지기 때문에 수많은 원자들이 하나의 집단처럼 행동하는 현상을 말한다. 김 박사의 논문에 따르면 헬륨-4의 일부 원자들이 초유체처럼 다른 원자 사이를 아무 저항도 받지 않은 채 움직였고, 김 박사팀은 이 물질을 초유체의 성질을 가진 고체란 의미로 초고체(supersolid)라고 이름 붙였다.
한편, 2001년과 2003년의 노벨물리학상은 기체와 액체에서 보스-아인슈타인 응축 현상을 밝혀낸 과학자에게 수여된 바 있다. 이러한 이유로 학계에서는 초고체의 존재가 확실히 증명이 되면 첸교수와 김박사가 노벨상을 받을 가능성이 있는 것으로 이야기하고 있다. 사이언스지의 인터뷰 기사에서도 노벨상의 가능성에 대해서 조심스럽게 언급하였다.
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