원자핵으로 시간 잰다…세계 최초 핵시계 개발 작성일 06-23 34 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="35tPH39UMC"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="08394973603207c66db330ffaef8eb80a86625c60a591fa82527d6df24303400" dmcf-pid="0lvqIy3GeI" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="세계 최초 핵시계가 개발됐다. 핵시계는 원자핵 안의 에너지 상태 변화를 이용해 시간을 재는 장치다. 시계 이미지. 게티이미지뱅크 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/23/dongascience/20260623134719778zrkh.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="FiovdasAih" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/23/dongascience/20260623134719778zrkh.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 세계 최초 핵시계가 개발됐다. 핵시계는 원자핵 안의 에너지 상태 변화를 이용해 시간을 재는 장치다. 시계 이미지. 게티이미지뱅크 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="46d1e4d388d1a73382dcd714312a8eb610ab85ff2079b8e1a047a06df330195e" dmcf-pid="pSTBCW0HLO" dmcf-ptype="general">세계 최초 핵시계가 개발됐다. 핵시계는 원자핵 안의 에너지 상태 변화를 이용해 시간을 재는 장치다. 기존 원자시계보다 외부 환경 변화에 덜 흔들려 휴대 가능한 차세대 정밀 시계로 발전할 가능성이 크다. </p> <p contents-hash="6f5143984472e72b7819de382462a6300a5a95ab0c8116e1052f99031e1977e2" dmcf-pid="UvybhYpXns" dmcf-ptype="general"> 22일(현지시간) 국제학술지 ‘네이처’ 보도에 따르면 토르스텐 슘 오스트리아 빈공대 교수 연구팀과 딩스첸 중국 칭화대 교수 연구팀이 각각 핵시계를 구현하는 데 성공하고 연구 결과를 6월 3일과 7일 논문 사전공개 사이트 '아카이브(arXiv)'에 발표했다.</p> <p contents-hash="909a659a97351bb63824346fb1808996b8c603caa20cb92b1c29c3d586e2512f" dmcf-pid="uTWKlGUZMm" dmcf-ptype="general"> 기존 원자시계는 원자 안 전자가 에너지 상태를 바꿀 때 나타나는 매우 규칙적인 빛의 진동을 이용해 시간을 측정한다. 핵시계는 전자 대신 원자핵 속 양성자와 중성자가 에너지 상태를 바꿀 때 나타나는 신호를 이용해 시간을 측정한다.</p> <p contents-hash="40dc29de0bf98979fe8f16aa5392cc3a9df331c4211e90a309f85087b9e7059c" dmcf-pid="7yY9SHu5ir" dmcf-ptype="general">기준이 되는 원소는 토륨-229다. 대부분의 원자핵은 상태를 바꾸려면 매우 큰 에너지가 필요하지만 토륨-229는 두 에너지 상태의 차이가 적어 자외선 레이저만으로도 원자핵의 상태를 바꿀 수 있다. </p> <p contents-hash="c0791c8ed2a33104376b0cb11f1823ff7334a6182c823b4114caa3f9e1116c77" dmcf-pid="zWG2vX71iw" dmcf-ptype="general"> 핵시계는 토륨-229 원자핵이 흡수하는 정확한 레이저 주파수를 시간의 기준으로 사용한다. 시계가 정확하게 작동하려면 레이저 주파수를 원자핵의 고유한 주파수에 계속 맞춰 유지해야 한다. </p> <p contents-hash="71457601b63b27c2ad180a166e534529d207ed34102fe653cae39c22d867491a" dmcf-pid="qYHVTZztdD" dmcf-ptype="general"> 물리학자들은 수십 년 전부터 토륨-229의 특별한 성질에 주목했다. 2024년에는 수조 개의 토륨-229 원자를 담은 불화칼슘 결정에서 처음으로 원자핵 상태 변화를 유도하는 데 성공했고 같은 해 정확한 주파수도 측정됐다. 마지막 과제는 레이저 주파수를 이 값에 맞춰 안정적으로 유지하는 것이다. 이번 연구에서 이를 구현해 핵시계를 완성했다. </p> <p contents-hash="28d79cea5cddca8f4947ac29923b3816a4d85cb14f0e12903ab593eb0e3e91f4" dmcf-pid="BGXfy5qFJE" dmcf-ptype="general">슘 교수는 토륨-229가 레이저 빛을 흡수하는 정도를 측정하면 주파수가 정확한지 실시간으로 확인하고 보정할 수 있다고 설명했다.</p> <p contents-hash="88f50716cea9191b4c1b4e203d6ff5a2bf147dcc75c8c70c819464cf459146fe" dmcf-pid="bHZ4W1B3ik" dmcf-ptype="general"> 두 팀의 구체적인 방식은 다르다. 중국팀은 유럽팀보다 약 100배 더 강한 레이저를 썼지만 결정 속 토륨-229 농도는 더 낮아 결과적으로 두 시계가 만들어내는 신호 강도는 비슷한 수준이다.</p> <p contents-hash="f6bd97ac69ef7a8baadc1cba5a79139733435129370648568c39060b80668ce5" dmcf-pid="KX58Ytb0ic" dmcf-ptype="general"> 두 핵시계는 약 300만 년에 1초 정도만 틀어지는 수준의 성능이다. 아직 최고 성능 광학 원자시계의 400억 년에 1초 오차 수준에는 미치지 못한다. </p> <p contents-hash="7317fd2e0f14566e2dfe7a84cbc5244d6c28e06017806b5b3561dba8efd29893" dmcf-pid="9Z16GFKpRA" dmcf-ptype="general"> 다만 핵시계는 토륨-229 원자핵이 결정 안에 박혀 있어 외부 진동이나 온도 변화에 상대적으로 둔감하고 원자시계처럼 극저온으로 냉각할 필요도 없다. 딩 교수는 "소형이면서도 견고한 광학시계 개발의 가능성을 열었다"며 "항법 장치와 통신 장비 등에 활용할 수 있을 것"이라고 말했다. 슘 교수는 "결정 기반 핵시계의 상업적 개발도 이미 진행되고 있다"고 밝혔다. </p> <p contents-hash="78ccd85bda7372277c6ad69a8c8c2d72554ead73ecc145f50f7ba78e53a554bc" dmcf-pid="25tPH39UJj" dmcf-ptype="general"> 핵시계는 기초물리학 연구에도 활용될 전망이다. 일부 이론은 암흑물질이 원자핵의 성질을 아주 미세하게 바꿀 수 있다고 예측한다. 이 경우 핵시계의 주파수도 함께 변하기 때문에 암흑물질의 흔적을 찾는 정밀 센서로 활용할 수 있다. </p> <p contents-hash="0a00cb7dcdf79f59ac45cfdba406aa5834e5e725073057eb25ca4aee7ea417d1" dmcf-pid="V1FQX02uRN" dmcf-ptype="general"> 길라드 페레즈 이스라엘 와이즈만연구소 연구원은 "작동하는 핵시계는 새로운 물리 현상을 탐색하는 정밀 센서 역할을 할 수 있다"며 "새로운 분야의 탄생을 목격하고 있다"고 평가했다. </p> <p contents-hash="f8593da73ff860a1d0fee97c4a7083b92c261ebf91ac3cba5b240a83dd35ca5d" dmcf-pid="fb9azVd8ia" dmcf-ptype="general"> 슘 교수는 “매주 여러 이론물리학자로부터 자신들의 이론을 핵시계로 검증해보고 싶다는 연락을 받는다”며 “결국 서로 다른 물리 효과를 연구하기 위해 다양한 종류의 시계를 함께 사용해야 할 것”이라고 말했다. </p> <p contents-hash="c534d7b1bb5f7abb30f3975066891b3e81a4c37d35270427b009a3ac29f3d5c1" dmcf-pid="4K2NqfJ6eg" dmcf-ptype="general"><참고자료><br> doi.org/10.48550/arXiv.2606.04997 <br> doi.org/10.48550/arXiv.2606.08870 </p> <p contents-hash="f669aac25dcf10940cd4aabde28223418272005da4545cfece98c82d4ec6dd2f" dmcf-pid="89VjB4iPMo" dmcf-ptype="general">[조가현 기자 gahyun@donga.com]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 티빙 개인정보 유출에 뿔난 이용자들…집단행동 확대 조짐 06-23 다음 “AI 쓰려면 신분증 제시하세요”...신분 확인 강화하는 AI 업체들 06-23 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
