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美표준연구소, 신개념 원자시계 'ZDT' 개발

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2016년 11월 28일 18:50 프린트하기

 

NIST에서 개발한 새로운 원자시계 ZDT의 모습 - NIST 제공
NIST에서 개발한 새로운 원자시계 ZDT의 모습 - NIST 제공

세계에서 가장 정확하고 안정적인 원자시계가 새롭게 개발됐다. 앤드류 루들로 미국국립표준기술연구소(NIST) 연구원팀은 현재 가장 정확한 ‘이터븀(Yb)’ 원자시계의 안정성을 한층 높인 차세대 원자시계 ‘ZDT(Zero Dead Time)’를 개발했다고 28일(현지시간) 밝혔다.

 

이터븀 원자시계는 현재 상용화된 세슘 원자시계나 스트론튬 원자시계보다 훨씬 정확하지만 안정성이 떨어지는 것이 문제였다. 본래 원자시계는 원자를 가만히 고정한 다음, 인공 주파수와 비교하며 시간을 측정한다. 원자가 가진 고유의 진동수를 확인해 시간을 측정하는 것이다.

 

그러나 이터븀 원자는 고유 진동수가 커서 다른 원자에 비해 불안정하고, 실험 과정에서 버려지는 시간이 길어 계속해서 시간을 측정하기엔 안정성이 떨어졌다. 원자를 고정한 후 1초가 지나기 전에 다시 움직이기 때문에 재차 원자를 고정하기까지 허비되는 시간이 생겼다.

 

루들로 연구원팀은 이터븀 원자를 안정적으로 붙잡아둘 수 있는 기술을 개발해 이 문제를 해결했다. 원자시계 속에서 이터븀 원자를 붙잡아둘 수 있는 공간을 두 곳으로 늘리고, 교대로 원자를 고정하며 시간을 측정할 수 있도록 만들었다. 그 결과 연구팀은 가장 안정적으로 이터븀 원자의 진동수를 얻어내 기존의 이터븀 원자시계보다 안정도를 10배 이상 높였다.

 

루들로 연구원은 “세계에서 가장 안정적으로 시간을 측정할 수 있는 원자시계”라고 밝혔다.

 

이번 성과로 보다 정밀한 시간 측정이 가능해지면 인공위성 정밀도 향상, 정밀 산업 발전 등 다양한 분야 기술혁신이 이뤄질 전망이다.

 

이 연구 결과를 접한 유대혁 한국표준과학연구원 시간센터장은 “지금까지는 모든 연구의 초점이 원자의 고유진동수와 비교할 인공주파수 장치를 정확히 만드는데 맞춰져 있었다”며 “이번 연구는 완전히 다른 관점에서 접근한 새로운 결과”라고 설명했다.

 

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