“매년 인류를 위해 가장 공헌한 사람에게 노벨상을 수여할 것”(알프레드 노벨)
2023년 노벨상
*생리의학상
*화학상
*물리학상
피에르 아고스티니(미국 오하이오주립대 교수), 페렌츠 크라우스(독인 뮌헨대 교수), 앤 뢸리에(스웨덴 쿤드대 교수)
<전자의 움직임 또는 에너시 변화를 찰나의 순간에 포착할 수 있는 아토초(100경분의 1초) 단위의 빛을 생성하고 측정하는 데 핵심적인 역할>
*문학상
*평화상
*경제학상
인류 공헌 2023 노벨 물리학상
<전자의 움직임 또는 에너시 변화를 찰나의 순간에 포착할 수 있는 아토초(100경분의 1초) 단위의 빛을 생성하고 측정하는 데 핵심적인 역할>
2023년 노벨 물리학상은 피에르 아고스티니, 앤 뢸리에, 페렌츠 클라우스에게 수여되었다. 이 세 과학자는 아토초(100 경분의 1초) 단위의 빛을 생성하고 측정하는 데 기여한 공로를 인정받았다.
올해의 수상자들은 실험에서 전자의 매우 빠른 움직임을 포착할 수 있을 만큼 짧은 빛의 섬광을 만들어냈다.
1987년 앤 뢸리에는 적외선 레이저 빛이 희귀 가스를 투과할 때 여러 가지 배음을 발생시킨다는 사실을 발견했다. 이는 레이저 빛이 가스의 원자와 상호 작용하여 일부 전자에 추가 에너지를 주고, 이 에너지가 빛으로 방출되기 때문이다. 앤 뢸리에는 이 현상을 계속 탐구하여 추가 연구를 위한 토대를 마련했다.
1988년 아고스티니 교수와 뢸리에 교수를 비롯한 CEA의 동료들은 1064nm의 적외선 레이저를 사용하여 고차조화파를 생성하는 데 성공했다. 고차조화파는 레이저와 동일한 일관성 특성과 극자외선 또는 X선 영역에 해당하는 넓은 주파수 범위를 가진 빛이다. 주파수 대역이 넓다는 것은 고차조화파를 사용하여 펄스폭이 수십 초에서 수백 초인 아토초 펄스를 생성할 수 있다는 것을 의미한다.
2001년, 피에르 아고스티니는 250 아토초의 연속적인 빛 펄스를 생성하여 이 현상을 연구하는 데 성공했다. 비슷한 시기에 페렌츠 클라우스는 650 아토초 동안 지속되는 단일 광 펄스를 분리하는 또 다른 유형의 실험을 진행하고 있었다.
과학자들은 초고출력 레이저를 사용하여 고차조화파를 생성함으로써 아토초 펄스를 생성하고 측정하는 방법을 개발했다. 원자 펄스는 원자, 분자, 고체, 플라즈마의 초고속 전자 역학을 연구할 수 있는 아토초 과학이라는 새로운 연구 분야를 탄생시켰다. 광전자 이온화라는 자연 현상을 수십 아토초 단위로 측정하여 과학적 결과를 도출하고 있다.
아토초 펄스는 전자가 원자를 떠나는 데 걸리는 시간과 그 시간이 전자와 핵의 결합 강도에 따라 어떻게 달라지는지를 측정하는 데 사용할 수 있다. 이전에는 전자의 평균적인 위치만 측정할 수 있었지만, 이제는 분자나 물질의 전자 분포가 좌우 또는 위치별로 어떻게 진동하는지를 재구성할 수 있다.
아토초 펄스는 물질의 내부 과정을 테스트하고 다양한 이벤트를 식별하는 데 사용할 수 있다. 이러한 펄스는 원자와 분자의 세부적인 물리학을 조사하는 데 사용되며 전자공학에서 의학에 이르기까지 다양한 분야에서 응용될 것으로 기대된다.
예를 들어, 아토초 펄스는 측정 가능한 신호를 방출하는 분자를 밀어내는 데 사용할 수 있다. 분자의 신호에는 일종의 지문과 같은 특수한 구조가 있어 어떤 분자인지 알 수 있다.
아토초 펄스의 성공적인 생성 및 측정은 과학계를 흥분시켰다. 아토초 펄스의 파장은 극자외선이나 X선 영역에 국한되어 있고 강도는 약하지만, 아토초의 시간 분해능을 통해 물리 현상을 관찰할 수 있게 되었기 때문이다. 특히 광전자 이온화와 같은 초고속 현상을 연구할 수 있게 되었다.
현재 아토초 과학은 다양한 연구 분야로 확장되고 있다. 원자의 초고속 현상뿐만 아니라 고체와 액체의 초고속 이온화 및 전이 현상도 활발히 연구되고 있다. 의료 분야에서의 응용도 기대된다.
현재 과학자들은 아토초 다음 단계에 대해 논의하고 있다. 그들은 젭토초를 이용해 원자 내부의 초고속 동역학을 연구할 계획이다. 기초과학연구원 초강력 레이저 과학 연구단은 페타와트급 레이저를 사용하여 상대론적인 영역에서 아토초 및 젭토초 펄스를 생성할 수 있기를 희망하고 있다.
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