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원자시계의 세대교체

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원자시계의 세대교체

2006.12.09 10:30
차세대 원자시계로 주목받고 있는 스트론튬(Sr) 원자시계의 성능을 크게 향상시킨 연구 결과가 나왔다. 미국 콜로라도대 준 예 교수팀은 “세슘(Cs) 원자시계만큼 정밀한 스트론튬 원자시계를 개발했다”고 ‘사이언스’ 1일자에 발표했다. 소리굽쇠를 때리면 항상 일정한 높이의 소리를 낸다. 이것은 소리굽쇠가 일정한 속도로 진동하기 때문이다. 마찬가지로 물질을 이루는 기본적인 알갱이인 원자도 일정한 속도로 진동한다. 원자의 진동 속도는 소리굽쇠보다 훨씬 빠르다. 과학자들은 원자가 몇 번 진동했는지를 세어 시간을 재 왔다. 이것이 바로 원자시계. 지금까지 나온 원자시계 중 가장 정밀한 세슘 원자시계는 1초의 국제 표준을 정하는 데 쓰인다. 세슘 원자가 91억 9263만 1770번 진동하는 시간이 바로 1초다. 연구진은 세슘 대신 스트론튬 원자에 앞뒤 양옆 위아래 여섯 방향으로 레이저를 쏘아 단단히 고정시켰다. 그리고 진동 속도를 마음대로 바꿀 수 있는 탐지용 레이저를 원자에 쪼였다. 탐지용 레이저의 진동 속도가 스트론튬 원자와 비슷해질수록 원자는 강한 빛을 낸다. 소리굽쇠 두 개의 음 높이가 비슷할수록 한 쪽을 울렸을 때 다른 쪽도 따라서 크게 울리는 것과 같은 이치다. 연구팀은 스트론튬 원자가 빛을 가장 강하게 낼 때 탐지용 레이저가 몇 번 진동하는지를 측정했다. 이는 스트론튬 원자의 진동횟수와 거의 같다고 할 수 있다. 결국 스트론튬 원자의 진동 횟수를 알아낸 것 스트론튬 원자는 세슘보다 1000배 빠르게 진동한다. 따라서 스트론튬 원자의 진동횟수를 셀 수 있으면 세슘 원자시계보다 훨씬 더 정밀한 시계를 만들 수 있다. 하지만 이렇게 빠른 진동을 세는 것은 쉽지 않다. 스트론튬 원자를 단단히 고정시키지 않으면 탐지용 레이저의 진동 속도가 스트론튬 원자와 정확히 같지 않아도 비교적 강한 빛을 방출하기 때문이다. 이 오차만큼 원자시계는 덜 정밀해진다. 예 교수는 “강력한 레이저 덕분에 스트론튬 원자를 단단히 고정시킬 수 있었다”며, “스트론튬 원자시계가 세슘 원자시계를 대체하는 새로운 국제 표준이 될 수도 있을 것”이라고 예측했다.

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