스웨덴 왕립과학아카데미 노벨위원회는 2023년 노벨 물리학상을 피에르 아고스티니 미국 오하이오주립대 교수, 페렌츠 크라우스 독일 막스플랑크 양자광학연구소 교수, 안 륄리에 스웨덴 룬드대 교수에게 수여한다고 3일(현지시간) 발표했다. 이들의 공로는 "물질의 전자동역학 연구를 위해 아토초(100 경분의 1) 단위의 빛의 파동을 발생시키는 실험적인 방법" 개발이다.
1. 아고스티니 교수, 1987년 아토초 펄스 최초 발견
아고스티니 교수는 1987년 불활성 기체에 적외선을 투사하면 서로 다른 빛의 배진동(overtone) 현상이 일어난다는 것을 처음 발견했다. 이는 각 전자가 가스와 상호작용하면서 이온을 주고받아 에너지가 변하면서 나타나는 현상이다. 아고스티니 교수는 이 연구를 계속이어가 2001년 250아토초까지 지속되는 광펄스를 만들어냈다.
2. 크라우스 교수, 2001년 650아토초 펄스 개발
크라우스 교수는 1993년 펨토초(100조분의 1) 펄스 발생 기술을 개발했다. 이후 2001년에는 650 아토초까지 지속되는 단일 광펄스를 선보였다. 크라우스 교수는 펨토초와 아토초 펄스를 모두 개발한 최초의 과학자다.
3. 륄리에 교수, 1996년 아토초 펄스 레이저 개발
륄리에 교수는 1996년 아토초 펄스 레이저를 개발했다. 이는 아토초 펄스를 연속적으로 발생시키는 기술로, 기존의 펄스 발생 기술보다 실험에 활용하기가 용이하다는 장점이 있다. 륄리에 교수는 이 기술을 이용해 원자와 분자의 움직임을 세밀하게 관찰하는 데 성공했다.
4. 여성 과학자의 노벨 물리학상 수상
륄리에 교수는 노벨 물리학상 사상 다섯 번째 여성 수상자다. 1903년 마리 퀴리, 1963년 마리아 거트루드 메이어, 2018년 도나 스트리클런드, 2020년 앤드리아 게즈에 이어 5번째 여성 과학자가 노벨 물리학상을 수상한 것이다.
륄리에 교수의 수상은 여성 과학자의 활약을 다시 한번 확인시켜주는 계기가 되었다. 아토초 물리학은 륄리에 교수의 독창적인 아이디어와 열정으로 시작된 연구였으며, 그녀의 수상은 여성 과학자들이 물리학 분야에서 성과를 낼 수 있다는 것을 보여주었다.
5. 아토초 과학, 전자 세계의 비밀을 밝히다
아토초 과학은 전자의 움직임을 100경분의 1초 단위로 관찰할 수 있는 기술이다. 이는 원자와 분자의 미시 세계를 이해하는 데 있어 획기적인 발전을 가져왔다.
아토초 과학은 다양한 분야에서 활용되고 있다. 예를 들어, 전자 장치의 성능을 높이고, 신약 개발을 가속화하며, 새로운 에너지원을 개발하는 데 활용되고 있다.
6. 아토초 과학의 미래
아토초 과학은 아직 초기 단계에 머물러 있지만, 그 잠재력은 무궁무진하다. 앞으로 아토초 과학은 의학, 에너지, 정보통신 등 다양한 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대된다.
7. 세 과학자의 개인사
1) 아고스티니 교수는 프랑스 출신으로, 1963년 프랑스 툴루즈에서 태어났다. 그는 1986년 프랑스 엑상프로방스 대학교에서 물리학 박사 학위를 취득했으며, 이후 미국 오하이오주립대에서 교수로 재직하고 있다.
2) 크라우스 교수는 헝가리 출신으로, 1963년 헝가리 부다페스트에서 태어났다. 그는 1989년 헝가리 부다페스트 기술경제대학교에서 물리학 박사 학위를 취득했으며, 이후 독일 막스플랑크 양자광학연구소에서 교수로 재직하고 있다.
3) 륄리에 교수는 프랑스와 스웨덴 이중국적자다. 그는 1961년 프랑스 파리에서 태어났으며, 1987년 프랑스 엑상프로방스 대학교에서 물리학 박사 학위를 취득했다. 이후 스웨덴 룬드대학교에서 교수로 재직하고 있다.
8. 아토초 펄스의 과학적 의미
아토초 펄스는 전자와 원자의 움직임을 관측하는 데 있어 획기적인 도구이다. 기존의 광으로는 전자와 원자의 움직임이 너무 빠르기 때문에 포착할 수 없었다. 하지만 아토초 펄스를 이용하면 전자와 원자의 움직임을 초당 1조 번 이상으로 분해할 수 있기 때문에, 그동안 관측할 수 없었던 미세한 변화를 포착할 수 있다.
아토초 펄스는 다양한 분야에서 새로운 발견과 발전에 기여할 것으로 기대된다. 예를 들어, 전자와 원자의 상호작용을 보다 정밀하게 이해함으로써 신약 개발이나 반도체 소자 개발에 도움이 될 수 있다. 또한, 화학반응의 메커니즘을 이해함으로써 새로운 화학 물질을 개발하는 데 도움이 될 수 있다.
9. 수상자들의 소감
아고스티니 교수는 "이 상을 통해 아토초 펄스의 중요성이 더욱 부각되기를 바란다"며 "아토초 펄스를 이용해 원자와 분자의 움직임을 보다 정밀하게 이해하고, 이를 통해 인류의 삶을 개선하는 데 도움이 되기를 희망한다"고 말했다.
크라우스 교수는 "이 상을 통해 아토초 펄스 연구에 종사하는 많은 과학자들에게 영감을 주기를 바란다"며 "아토초 펄스는 아직 개발 초기 단계이지만, 앞으로 더욱 발전하여 인류에게 큰 도움이 되기를 희망한다"고 말했다.
10. 결론
이들의 연구는 원자와 분자의 움직임을 보다 정밀하게 관측할 수 있는 길을 열었다. 이를 통해 전자와 원자의 상호작용, 화학 반응의 메커니즘, 신약 개발 등 다양한 분야에서 새로운 발견과 발전이 이루어질 것으로 기대된다.
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