[노벨물리학상 수상업적] 양자물리학 새로운 지평 열어

올해 노벨물리학상은 「분수 양자 홀 효과」를 발견해 양자물리학의 새로운 지평을 연 러플린, 추이, 슈퇴르머 등 세 명의 물리학자들에게 돌아갔다.

추이(59)교수와 슈퇴르머(49)교수는 지난 82년 강한 자기장과 극초저온 상태에서 전자가 매우 특이하게 행동한다는 사실을 처음으로 발견했으며 러플린은 이 현상을 이론적으로 설명하는데 성공했다.

전자에 자기장을 걸어주면 전자가 한쪽 방향으로 쏠리며 저항값이 변한다. 이 변화는 자기장의 크기에 따라 직선 형태로 달라진다.

추이와 슈퇴르머는 전자를 갈륨-비소 반도체의 2차원 계면 위에서 아주 강한 자기장과 수천분의 1K(절대온도, 0K는 영하 273도)의 온도를 주면 전자의 저항값이 직선이 아니라 계단식으로 변한다는 사실을 발견했다. 즉 1/3, 2/3 등 분수의 정수값으로 변한다. 이것이 「분수 양자 홀 효과」다.

이는 그때까지 알려진 전자의 특성과 전혀 다른 것으로 당시에는 이론적으로 설명할 수 없었다. 그러나 러플린은 1년 뒤 강한 자기장과 극초저온 상태에서 전자들이 집단적으로 상호작용하면서 양자 유체(Quantum Fluid)상태가 되면 이 현상이 일어날 수 있다는 사실을 밝혀냈다.

서울대 임지순(任志淳)교수는 『러플린, 추이, 슈퇴르머는 입자물리, 고체물리, 통계물리 등 물리학의 다른 분야를 포괄적으로 설명하는 이론적 토대를 만들었다』고 세 학자의 연구를 평가했다.

세 물리학자의 연구로 전자가 종전에 알려진 것과는 전혀 다른 새로운 상태(양자유체)로 존재할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 또 저항의 기본값을 산출할 수 있는 정확한 실험적 근거도 함께 마련됐다.

한편 러플린교수는 96년 한국을 방문, 아태이론물리연구센터의 개소기념학회에 참석해 강연한 바 있다. 러플린교수는 천재적이긴 하지만 다른 학자들과 잘 융화하지 못해 한때 벨연구소에서 쫓겨나기도 했지만 연구업적을 인정받아 89년 스탠퍼드대학에 부임했다. 벨연구소는 이 일을 가장 잘못된 해고 사례로 꼽고 있다.【김상연 기자】

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