2023년 노벨 물리학상에 아고스티니·크라우스·륄리에 3인 수상

100경분의 1초 순간에 전자의 움직임 포착할 수 있는 물리학적 도구 만든에 공로로 선정

올해 노벨물리학상은 100경분의 1초 순간에 전자의 움직임을 포착할 수 있는 물리학적 도구를 만든 피에르 아고스티니 미국 오하이오주립대 교수, 페렌크 크라우스 독일 막스플랑크연구소 양자광학연구소 교수, 안네 륄리에 스웨덴 룬드대 교수 3명이 수상했다.

스웨덴 왕립과학 노벨위원회는 3일 "전자 동학 연구에 필요한 아토(100경분의 1)초 펄스 빛 생성 방법을 실험적으로 제시한 공로로 이들에게 노벨물리학상을 수여한다"고 밝혔다.

노벨위원회는 "이 세 명은 인류에게 원자와 분자 안에 있는 전자의 세계(world of electrons)를 탐사할 새로운 도구를 건네준 실험들을 한 공로가 인정됐다"고 설명했다.

전자가 움직이거나 에너지량이 변화하는 과정을 측정할 수 있는 극도로 짧은 파장을 지닌 빛을 만들어내는 방법을 선보임으로써 미시세계 연구의 신기원을 열었다는 것이다. 전자의 세계에선 영점몇 아토초만에도 변화가 나타나기에 일반적인 빛으로는 관찰이 불가능하기 때문이다.

예컨대 100분의 1초 사이에 일어나는 사건을 셔터 속도가 10분의 1초인 카메라로 찍을 수 없듯이, 100경분의 1초 단위로 사건이 변화가 나타나는 전자세계는 그만큼 극도로 짧은 파장의 빛이 있어야 관측 및 측정이 가능한데 이를 위한 방법을 만들어냈다는 데 이들이 한 연구의 의미가 있는 셈이다.

노벨물리학상은 1901년 이래 총 116번 수여됐다. 47번은 단독 수상이었다. 역대 여성 수상자는 4명이다. 1903년 마리 퀴리, 1963년 마리아 괴퍼트 메이어, 2018년 도나 스트릭랜드, 2020년 안드레아 게즈 등 4명이다. 륄리에 교수 수상으로 역대 여성 노벨물리학상 수상자는 다섯명이 됐다.

노벨위원회는 이날 물리학상에 이어 4일 화학상, 5일 문학상, 6일 평화상, 9일 경제학상 수상자를 차례로 발표할 예정이다.

노벨상 시상식은 알프레드 노벨의 기일인 12월 10일이 낀 '노벨 주간'에 스웨덴 스톡홀름(생리의학·물리·화학·문학·경제상)과 노르웨이 오슬로(평화상)에서 열린다.

이정희 기자

2023년 노벨물리학상 수상자 업적 발표 / 노벨위원회 

◆피에르 아고스티니(Pierre Agostini)/미국 오하이오주립대학교 교수

◆페렌츠 크라우츠(Ferenc Krausz)/독일 막스프랑크양자과아학연구원 교수

◆앤 뤼리에(Anne L'Huillier)/스웨덴 Lund대학교 교수

2023년 노벨 물리학상은 "물질의 전자 역학 연구를 위해 아토초 빛 펄스를 생성하는 실험방법의 개발"로 피에르 아고스티니, 페렌크 크라우스, 앤 뤼리에에게 수여하게 되었다.

2023년 노벨 물리학상 수상업적 내용(요약)

스웨덴 왕립과학원은 2023년 노벨 물리학상을 다음과 같이 수여하기로 결정했다. 2023년 노벨물리학상 수상자 3인은 내부 전자 세계를 탐구하기 위한 새로운 도구를 인류에게 제공한 실험으로 업적을 인정받았다. 원자와 분자의 세계에서, Pierre Agostini, Ferenc Krausz 및 Anne L'Huillier는 전자가 이동하거나 에너지를 변경하는 빠른 과정을 측정하는 데 사용할 수 있는 매우 짧은 빛 펄스를 생성하는 방법을 시연했다. 정지 이미지로 구성된 영화가 연속적인 움직임으로 인식되는 것처럼 빠르게 움직이는 사건은 인간이 인식할 때 서로 흐른다. 아주 짧은 사건을 조사하려면 특별한 기술이 필요하다. 전자의 세계에서는 10분의 1초 안에 변화가 일어난다. 아토초는 너무 짧아서 1초에도 우주 탄생 이후의 초만큼 많은 변화가 일어난다. 수상자들의 실험은 매우 짧은 빛의 펄스를 생성하여 아토초 단위로 측정할 수 있으며, 따라서 이러한 펄스가 원자와 분자 내부 프로세스의 이미지를 제공하는 데 사용될 수 있음을 입증했다.

1987년에 Anne L'Huillier는 비활성 가스를 통해 적외선 레이저 광을 전송할 때 다양한 배음의 빛이 발생한다는 것을 발견했다. 각 배음은 레이저 광의 각 주기에 대해 주어진 주기 수를 갖는 광파이다. 이는 가스의 원자와 상호작용하는 레이저 광으로 인해 발생한다. 그것은 일부 전자에게 추가 에너지를 제공한 다음 빛으로 방출된다. Anne L'Huillier는 이 현상을 계속해서 탐구하여 후속 혁신을 위한 기반을 마련했다. 2001년에 피에르 아고스티니 (Pierre Agostini)는 일련의 연속적인 광 펄스를 생성하고 조사하는 데 성공했으며, 각 펄스의 지속 시간은 250아토초에 불과했다. 동시에 Ferenc Krausz는 650아토초 동안 지속되는 단일 광 펄스를 분리할 수 있는 또 다른 유형의 실험을 진행하고 있었다. 수상자들의 기여 덕분에 이전에는 따라갈 수 없었던 매우 빠른 프로세스에 대한 조사가 가능해졌다. “이제 우리는 전자의 세계로 가는 문을 열 수 있게 되었다. 아토초 물리학은 우리에게 전자에 의해 지배되는 메커니즘을 이해할 수 있는 기회를 제공한다. 다음 단계는 이를 활용하는 것이다.”라고 노벨물리학위원회 의장인 Eva Olsson이 말했다. 다양한 분야에 잠재적인 응용이 가능하다. 예를 들어, 전자공학에서는 전자가 재료에서 어떻게 행동하는지 이해하고 제어하는 것이 중요하다.

아토초 펄스는 의료 진단과 같이 다양한 분자를 식별하는 데에도 사용할 수 있다. 피에르 아고스티니. 1968년 프랑스 엑스마르세유대학교에서 박사학위 취득. 미국 콜럼버스 오하이오 주립대학교 교수. 페렌츠 크라우스(Ferenc Krausz)는 1962년 헝가리 모르(Mór)에서 태어났다. 1991년 오스트리아 비엔나 공과대학교에서 박사학위 취득. Max Planck Institute of Quantum Optics 소장, Garching, 독일 Ludwig-Maximilians-Universität München 교수. Anne L'Huillier는 1958년 프랑스 파리에서 태어났다. 1986년 프랑스 파리 피에르 퀴리 & 마리 퀴리 대학에서 박사학위 취득. 스웨덴 룬드대학교 교수. 상금 금액: 1,100만 스웨덴 크로나 (수상자 간에 균등하게 분배) 노벨 물리학위원회

1739년에 설립된 스웨덴 왕립과학원은 과학을 진흥하고 사회에서 과학의 영향력을 강화하는 것을 전반적인 목표로 하는 독립 조직이다. 아카데미는 자연과학과 수학에 대한 특별한 책임을 맡고 있지만 다양한 학문 분야 간의 아이디어 교환을 촉진하기 위해 노력하고 있다. 빛을 이용한 실험은 가장 짧은 순간을 포착한다. 2023년 10월 3일 "물질의 전자 역학 연구를 위해 아토초 빛 펄스를 생성하는 실험 방법"을 연구하여 인류에게 기여한 업적으로 2023년 노벨물리학상을 수상하게 되었다.

성용길  교수 노벨사이언스 편집고문