[재미있는 원자력] 순간을 보는 새로운 눈이 바꾸는 것/이기태 한국원자력연구원 책임연구원

입력 : ㅣ 수정 : 2018-05-15 01:24

폰트 확대 폰트 축소 프린트하기
이기태 한국원자력연구원 책임연구원
클릭하시면 원본 보기가 가능합니다.

▲ 이기태 한국원자력연구원 책임연구원

1870년대 미국에서 ‘말이 달릴 때 네 발굽이 모두 땅에서 떨어지는 순간이 있는가’를 놓고 논쟁이 벌어졌다. 그러던 중 영국 출신 사진작가 에드워드 마이브리지가 경주 트랙을 따라 십여대의 사진기를 늘어놓고 말이 달리는 순간을 순차적으로 촬영하는 새로운 촬영기법을 활용해 속보로 달리는 말의 모습을 촬영하는 데 성공했다. 이를 통해 사람들은 말이 달리는 모습을 자세히 볼 수 있었고 말의 네 발굽이 모두 땅에서 떨어지는 순간이 있다는 것도 알게 되었다. 그 덕분에 마이브리지는 당시 이 논쟁에 큰 관심을 갖고 있던 미국 사업가 릴랜드 스탠포드로부터 현재 가치 10억원에 해당하는 2만 5000달러의 상금을 받았다.

과학에서 실험이나 관측이 없다면 어떤 멋진 이론도 단순한 가설에 불과하다. 미시 세계를 보는 현미경은 세포를 관측하는 도구로 생명 현상을 탐구하는 출발점이 됐으며 망원경은 인간이 도달할 수 없는 먼 우주를 볼 수 있게 함으로써 우주의 기원을 과학적으로 논하게 만들었다.

독일 물리학자 빌헬름 콘라트 뢴트겐이 발견한 엑스선으로 DNA 구조를 보게 된 지도 벌써 60년이 넘었다. 엑스선이나 전자빔은 물질 내 원자의 구조를 볼 수 있게 해 주었지만 이것만으로 충분치 않다. 마이브리지가 달리는 말의 모습을 촬영했듯이 원자가 움직이는 모습도 직접 볼 수 있어야 한다. 원자들은 사람들이 상상하기 어려울 정도로 매우 빠르게 움직이기 때문에 우리에게는 성능이 더 좋은 마이브리지의 사진기술이 필요하다.


원자의 움직임을 기록하기 위해서는 펨토초의 시간을 구분해야 한다. 1펨토초는 1000조분의1초로 빛이 겨우 0.3㎛(마이크로미터)를 진행하는 매우 짧은 시간이다. 일반적인 방법으로는 이런 움직임을 기록할 수 없다. 그래서 과학자들은 매우 짧은 시간 동안만 반짝이는 탐침을 이용하는 방법을 고안했다. 원자를 움직이게 한 다음 짧은 시간 동안만 전자빔이나 엑스선을 반짝여 순간을 차곡차곡 기록하는 방법(펌프-프로브 방식)이다.

대표적인 장치가 ‘초고속 전자빔 회절장치’이다. 아인슈타인의 광전효과를 이용해 레이저로 짧은 전자빔을 금속에서 끄집어낸 뒤 가속시켜 사용하는 원리로 원자의 움직임을 펨토초 단위로 측정할 수 있다. 이 장치는 에너지뿐만 아니라 원자나 분자의 본질을 탐구하는 등 미시 세계의 구조 분석에도 사용된다.

과학자들은 이 같은 장치를 사용해 이전에는 볼 수 없었던 미지의 세계를 봄으로써 새로운 발견을 하고 생명 현상을 탐구하며 놀라운 신물질을 개발할 수 있게 된다. 인류가 어디까지 볼 수 있을지는 아무도 장담할 수 없지만, 이게 끝이라고 생각하지 않는다. 우리는 더 많이 봄으로써 점점 더 많은 것을 알아 가고 있다.
2018-05-15 29면
페이스북 트위터 카카오스토리 밴드 블로그

/

서울Eye - 포토더보기