준입자 현상. 사진 제공=IBS국내 연구팀이 눈에 보이지 않는 미시세계에서만 일어난다고 알려진 양자역학 현상을 눈에 보이는 거시세계에서 관측하는 데 성공했다. 연구팀은 이번 연구결과가 양자 현상이 미시세계를 넘어 인간의 일상 공간이 포함된 거시세계에서도 일어날 수 있다는 것을 암시한다고 설명했다.
기초과학연구원(IBS)은 박혁규 첨단연성물질연구단 연구위원(울산과학기술원·UNIST 물리학과 교수)과 쯔비 틀러스티 그룹리더(UNIST 물리학과 교수) 연구팀이 양자역학적 현상인 ‘준입자’를 거시세계에서 관측하는 데 성공했다고 27일 밝혔다. 연구성과는 국제 학술지 네이처 피직스에 이날 게재됐다.
물리학은 물체들이 고전역학의 규칙에 따라 움직이는 거시세계, 원자나 전자처럼 작은 입자들이 양자역학의 규칙에 따라 움직이는 미시세계로 세상을 나눈다. 한 공간에 있어도 세계의 크기에 따라 적용되는 규칙이 서로 다르다. 미시세계는 원자 지름인 0.1나노미터, 즉 100억 분의 1미터 정도의 크기를 갖는다.
규칙이 다른 만큼, 거시세계에서는 입자 간 충돌 때문에 존재할 수 없는 준입자 현상이 미시세계에서는 존재할 수 있다. 준입자는 입자끼리 거리가 가까워져 하나의 집단을 이루는 현상을 말한다. 낮은 온도에서 전기저항이 완전히 사라지는 초전도체, 액체의 점성(끈끈한 성질)이 사라진느 초유체 등 첨단 신소재의 특성도 준입자 현상 때문에 발생한다.
연구팀인 이런 준입자 현상이 마이크로미터(100만분의 1미터) 단위의 크기를 갖는 물질에서도 일어난다는 사실을 실험을 통해 새로 발견했다. 일상세계에 비하면 여전히 작지만 미시세계에 비하면 충분히 크고 정밀한 관측 기술을 통해 눈으로 볼 수 있는 거시세계에 속하는 물질이다. 연구팀은 ‘포논’ ‘플랫밴드’ 등 다른 양자 현상도 관측해냈다.
박 연구위원은 “이번 연구결과는 양자역학으로만 설명되는 여러 가지 현상이 생명물질 등 거시세계에서도 일어날 수 있다는 걸 암시한다”며 “앞으로 눈에 보이는 다른 준입자들을 발견하고 이를 통해 과학기술 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
