?☆☆? 100년간 불가능했던 양자물리학 실험…한국 과학자가 해냈다

한고은 기자 

2021.08.19. 03:06

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100년간 불가능했던 양자물리학 실험… 한국 과학자가 해냈다!

 

국내 연구진이 물체의 파동성과 입자성 중 하나의 성질만 하나의 측정 장치로 알 수 있다는 기존 정설을 뒤엎는 실험 결과를 발표했다. 현대 물리학의 근간을 이루고 있는 양자역학 난제 해결에 한 발짝 더 다가섰다는 평가다.

 

기초과학연구원(IBS)은 19일 분자 분광학 및 동력학 연구단 조민행 연구단장(고려대 화학과 교수), 윤태현 연구위원(고려대 물리학과 교수) 연구팀이 양자물질의 파동-입자 정량적 상보성에 대한 새로운 모델을 제안하고, 자체 개발한 장비를 통해 이를 실험적으로 검증했다고 밝혔다.

 

1928년 덴마크 물리학자 닐스 보어는 양자물질이 입자와 파동의 특징을 함께 갖고 있다는 '상보성의 원리'를 제안했다.

 

상보성의 원리는 지난 100년간 이론적·개념적으로 물리학계의 확립된 원칙으로 자리 잡고 있었지만, 입자와 파동의 배타적 특성 때문에 두 가지 특성을 한 가지 실험 장치에서 동시에 관찰하기 어려웠다.

 

입자성을 확인하고 싶은 실험에서는 입자성만, 파동성을 관찰하고 싶은 실험에서는 파동성만 관찰할 수 있던 것이다.

 

최근 양자통신, 양자컴퓨터 등 양자역학을 기본으로 한 다양한 과학적·산업적 발전이 진행돼왔지만, 양자역학과 관련해서는 이같이 아직도 설명되지 않는 난제가 여럿 존재한다.

 

연구팀은 새로운 실험 시스템인 '얽힌 비선형 광자쌍 광원'(ENBS)을 개발해 양자물질의 입자성과 파동성을 한 가지 실험장치에서 동시에 측정하는 데 성공했다. 연구팀은 두 특성의 얽힘 정도를 조절하는 방식으로 배타적 성질 모두를 하나의 장치에서 측정할 수 있었다.

 

윤태형 연구위원은 "반도체, LED 등 다양한 산업에서 양자현상을 활용하고 있는데 그 밑바닥에는 입자성과 파동성이라는 특성이 있다"며 "그동안 동시에 두 가지 특성이 동시에 나타남을 확인하고, 이를 조절하면서 정량적으로 측정한 실험은 없었다"고 설명했다.

 

이어 "이번 실험은 입자성과 파동성을 조절하면서 관찰했다는 것이 특히 중요하다"며 "산업적 적용을 위해 어떤 양자물체의 파동성이나 입자성을 더 키우거나, 조절할 수 있다는 의미"라고 덧붙였다.

 

윤 연구위원은 "이번 연구에서 제안, 검증한 양자 복합시스템 실험장치를 이용하면, 아직까지도 미지의 영역으로 남아있는 여러 양자역학적 난제를 해결할 실마리를 찾을 수 있을 것"이라고 말했다.

 

이번 연구성과는 이날 국제학술지 '사이언스 어드밴시스'(Science Advances) 온라인판에 게재됐다.

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