절대영도 가까이서 물체 회전운동 얼렸다…초고감도 양자센서 이정표 작성일 04-06 33 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="GQlGSLFYUu"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="d230ef2bb9c271c3d5fecdd1f177b4539ea1a723076f9605778a5be9da38afe5" dmcf-pid="HxSHvo3GUU" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="이산화규소(실리카)로 이뤄진 나노구조체가 레이저 광 집게(붉은색)에 포획된 모습을 표현한 그림. 온도가 절대온도에 가깝게 극도로 냉각되면서 구조체의 회전 운동 궤적은 양자역학적 한계인 흰색 원뿔에 근접한다. University of Vienna/Stephan Troyer 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202604/06/dongascience/20260406180745776ojtn.png" data-org-width="522" dmcf-mid="YUSHvo3G77" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202604/06/dongascience/20260406180745776ojtn.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 이산화규소(실리카)로 이뤄진 나노구조체가 레이저 광 집게(붉은색)에 포획된 모습을 표현한 그림. 온도가 절대온도에 가깝게 극도로 냉각되면서 구조체의 회전 운동 궤적은 양자역학적 한계인 흰색 원뿔에 근접한다. University of Vienna/Stephan Troyer 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="cda79d3be491b5a75bf38715dbed3fa6a84fca02e802a80628c263827ef51e9b" dmcf-pid="XMvXTg0H0p" dmcf-ptype="general">과학자들이 절대영도에 가까운 극저온에서 나타나는 물체의 회전운동을 제어·측정하는 데 성공했다. 연구성과는 극도로 작은 비틀림을 감지하는 초고감도 양자 센서 구현이나 다양한 물리학 가설 검증에 활용될 전망이다.</p> <p contents-hash="01050200be3195a0d65e35b4d3ee7452aa1c4ccd549cf300001509563db8ef57" dmcf-pid="ZRTZyapX00" dmcf-ptype="general"> 마르쿠스 아른트 오스트리아 비엔나대 물리학과 교수팀은 나노구조체의 회전운동을 이론적 최소치까지 제한하는 데 처음으로 성공하고 연구결과를 6일 국제학술지 '네이처 피직스'에 공개했다.</p> <p contents-hash="cf7c4ae0540cf23109cdfc9599487f644b3e4436c933ed6eba4c59e909e6440e" dmcf-pid="5ey5WNUZp3" dmcf-ptype="general"> 모든 입자는 움직이려는 운동에너지가 있어 항상 미세하게 떨리거나 회전한다. 입자의 운동에너지 수준은 열에너지로도 표현된다. </p> <p contents-hash="f5067a89113a1ca2ed48cb652f88f52a1d0e40d792951622b48dcd5012ef9782" dmcf-pid="1dW1Yju50F" dmcf-ptype="general"> 절대영도인 0캘빈(K, 절대온도의 단위)은 영하 273.15℃에 해당한다. 고전물리학에서 절대영도는 입자의 모든 움직임이 멈추는 지점이다. 양자역학의 불확정성 원리에 따르면 입자는 절대영도에서도 유한한 에너지를 유지하며 최소한의 범위 내에서 불연속적으로 움직인다.</p> <p contents-hash="de8bf211fc3e341e5c346d44149a923835cecc751df86349876193dbed64741f" dmcf-pid="tnH3XkqFUt" dmcf-ptype="general"> 지난해 스위스 취리히연방공대 연구팀이 절대영도 근처에서 입자의 1차원 직선 운동의 양자역학적 최소값 관찰에 성공한 바 있다. 회전 운동 관찰은 더 어려울 것으로 예상됐다.</p> <p contents-hash="a5dc6987099e5bc3c511b6bc6c35b480ec631cc2f35cb8a9d24eb408fda72ae8" dmcf-pid="FLX0ZEB3u1" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 원자 약 1억개로 이뤄진 지름 150나노미터(㎚, 1㎚는 10억분의 1m) 이산화규소(SiO2, 실리카) 구체를 초고진공 상태에서 레이저로 공중부양시킨 뒤 절대영도에 가까운 20마이크로캘빈(μK, 1μK은 100만분의 1K)까지 냉각시키고 회전 운동을 관측했다.</p> <p contents-hash="3d5a11aadb7eff3f092b9c7bbb7c8eb813c1faf551e30dc1c09784a291a5d970" dmcf-pid="3oZp5Db035" dmcf-ptype="general"> 온도가 절대온도 근처까지 낮아지자 실리카 구체의 회전 운동은 약 20마이크로라디안(μrad, 1μrad는 100만분의 1라디안) 범위에서 불확실성을 유지했다. 1라디안(rad)은 원의 반지름과 같은 길이의 호에 대한 중심각의 크기로 약 57.3도다. 구체가 회전운동을 하면서 그리는 원뿔 궤적의 끝부분은 원자 하나 지름의 100분의 1보다 작은 거리 안에서 움직였다. </p> <p contents-hash="a46a5bd39ac61cb606b7b6646da605902032352a30417308afcb80ed2234982f" dmcf-pid="0g5U1wKpUZ" dmcf-ptype="general"> 제1저자인 스테판 트로이어 비엔나대 연구원은 "나침반 바늘이 박테리아의 너비보다 더 정밀하게 방향을 잡는 것과 같다"고 설명했다.</p> <p contents-hash="6f7e23d06285c75a7c246236a775ac2c2eac90d34cca2bc991eaff7899c7f0f5" dmcf-pid="pa1utr9UUX" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 "이 정도 정밀도로 회전을 제어하는 것은 차세대 양자 기술의 필수 조건"이라며 "실리카 '나노로터'는 약 1억개의 원자로 구성된 거대한 구조물임에도 양자 한계를 달성했다"고 밝혔다.</p> <p contents-hash="0131ae8973e1ef56a87a3d26d3e957525e7128459b7fe53af44cc6c989596ae8" dmcf-pid="UNt7Fm2uUH" dmcf-ptype="general"> 연구성과는 극도로 작은 비틀림을 감지하는 초고감도 양자 센서 기술 구현을 위한 중요한 이정표로 평가된다. 물체의 크기를 키우면서 양자역학과 고전역학 사이의 연결고리를 찾는 실험에도 활용될 수 있다.</p> <p contents-hash="a4b58b79892b1d9c5ed8d772321a4ca2d8183b3db5422ead12d376455ffa5ff2" dmcf-pid="ujFz3sV7FG" dmcf-ptype="general"> <참고 자료><br> - doi.org/10.1038/s41567-026-03219-1</p> <p contents-hash="d9863736a5e82963018585e05126ef27f00986ca6d4cf18101f2cc47ae0b0db6" dmcf-pid="7A3q0OfzFY" dmcf-ptype="general">[이병구 기자 2bottle9@donga.com]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 전진·류이서도 고통…연예계 시험관 부작용 호소↑ "호르몬 영향" [RE:뷰] 04-06 다음 노벨상 석학들 "속도보다 방향…이해되지 않은 영역 도전해야" 04-06 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
