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[2018노벨상]입자물리서 시작해 반도체·우주기원 규명

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[2018노벨상]입자물리서 시작해 반도체·우주기원 규명

2018.09.30 12:09

 

 

X선과 방사선을 발견해 1901년 첫 노벨물리학상을 받은 독일의 물리학자 빌헬름 뢴트겐을 시작으로 1930년대까지 노벨 물리학상은 주로 X선과 방사선 관련 연구에 집중 수여됐다. 영국 물리학자 찰스 바클라는 뢴트겐방사선의 특성을 밝힌 공로로 1917년 물리학상을, 오스트리아 출신의 빅토르 헤스는 우주 방사선을 발견해 1936년 물리학상을 수상했다. 

 

그 밖에 도플러 효과 발견(1919년 물리학상), 전자의 파동성 발견(1929년 물리학상), 양자역학 제창(1932년 물리학상), 원자이론 정립(1933년 물리학상), 중성자 발견(1935년 물리학상)을 이끈 과학자들이 노벨상을 받은 것도 이 시기다.

 

20세기 중반부터는 원자핵, 소립자 등 입자의 물리적 특성을 연구하는 입자물리학 분야에서 다수의 수상자가 나오기 시작했다. 소립자는 전자, 광자(光子)를 비롯해 물질을 이루는 가장 작은 단위의 입자들을 일컫는다. 미국의 이론물리학자 유진 위그너는 원자핵과 소립자에 관한 새로운 이론을 정립해 1963년 노벨물리학상을 받았고, 1976년에는 무거운 소립자 발견을 이끈 과학자 2명이 물리학상을 수상했다.

 

1956년 노벨물리학상은 반도체를 연구해 트랜지스터 효과를 발견한 윌리엄 쇼클리 등 과학자 3명에게 돌아갔다. 구 소련의 이론물리학자 레프 란다우는 액체 헬륨 등 응집물질에 관한 새로운 이론을 정립해 1962년 물리학상을 받았다. 1964년과 1965년에는 2년 연속 양자역학 분야에서 노벨상을 수상했다.

 

반도체를 연구해 트랜지스터 효과를 발견한 윌리엄 쇼클리(가운데) 등 과학자 3명. 이들은 1956년 노벨 물리학상을 수상했다. - 위키미디어 제공
반도체를 연구해 트랜지스터 효과를 발견한 윌리엄 쇼클리(가운데) 등 과학자 3명. 이들은 1956년 노벨 물리학상을 수상했다. - 위키미디어 제공

● 최다 배출 분야는 입자물리학…최근엔 천체물리학서 수상 늘어

 

현재까지 노벨 물리학상을 가장 많이 받은 세부 분야는 입자물리학(입자·장·원자핵), 원자물리학, 응집물질 등 3개 분야다. 한국연구재단이 1980년대부터 지난해까지 37년 간의 노벨 물리학상 수상 분야 트렌드를 분석한 결과에 따르면, 최근 들어서는 입자 물리학과 천체 물리학, 응집물질 분야에서 노벨상 수상이 가장 두드러졌다.

 

즉 전 기간을 통틀어서도 가장 많은 노벨상을 받은 입자물리학과 응집물질 두 분야의 경우에는 현재까지도 꾸준히 수상자가 나오고 있다는 뜻이 된다. 연구재단은 이달 21일 발표한 ‘2018년 노벨과학상 종합분석 보고서’에서 “입자 물리학 분야는 2001년 이후에도 5회를 수상했을 정도로 가장 많은 노벨상을 배출했다”며 “주로 1960년대 성과로 수상까지 30~40년 정도의 시간 차가 존재한다”고 설명했다. 여기에는 힉스 메커니즘 입증, 강한 상호작용에서의 점근 자유성 발견 등이 포함돼 있다.

 

천체물리학 분야에서의 노벨상은 비교적 최근에 늘어나는 추세다. 지난 117년 간 총 14번 노벨상을 수상했는데 2001년 이후에만 4번의 수상이 있었다. 아인슈타인이 일반상대성이론을 통해 예측한 중력파를 100년 만인 2015년 레이저간섭계로 검출하는 데 성공한 라이고(LIGO)·버고(Virgo) 과학협력단을 이끈 라이너 바이스 미국 매사추세츠공대(MIT) 교수와 배리 배리시 미국 캘리포니아공대(칼텍) 석좌교수, 킵 손 칼텍 명예교수가 지난해 노벨 물리학상을 수상했다. 2016년 논문을 발표한 지 1년 여 만에 수상으로 이어진 셈이다.

 

지구에서 10억 광년 이상 떨어져 있는 블랙홀 2개가 서로 합병되는 과정에서 일어난 충돌로 태양 질량의 3배에 이르는 중력 에너지를 방출하면서 시공간의 뒤틀림과 함께 중력파가 관측됐다. - 노벨위원회 제공
지구에서 10억 광년 이상 떨어져 있는 블랙홀 2개가 서로 합병되는 과정에서 일어난 충돌로 태양 질량의 3배에 이르는 중력 에너지를 방출하면서 시공간의 뒤틀림과 함께 중력파가 관측됐다. - 노벨위원회 제공

● “응집물질 분야서 추가 노벨상 수상 기대”

 

응집물질 분야에서는 초유체, 초전도체, 양자홀 효과 등 저온 양자효과에 대한 연구와 반도체 관련 연구, 그래핀 등 탄소나노물질 관련 연구들이 최근 노벨상을 수상했다. 연구재단은 “현재까지의 연구 추세를 볼 때 응집물질 분야의 연구들은 현상 발견에서 특성을 밝힌 이론 정립, 응용과 확장으로의 단계적 발전 가능성이 큰 분야로 추가적인 노벨상 수상으로 이어질 가능성이 높다”고 평가했다.

 

한국인 물리학자 중에는 그래핀 등 탄소나노물질 분야의 세계적 권위자인 김필립 미국 하버드대 교수를 비롯해 정상욱 미국 럿거스대 교수, 이영희 성균관대 교수 등 3명이 논문 피인용 횟수에서 최근 10년간 노벨 물리학상 수상자 26명의 평균 값을 넘어선 것으로 나타났다. 정 교수는 자기장과 전기장이 사라져도 자성이나 전극이 유지되는 강상관작용전자계 신물질 연구에서, 이 교수는 탄소나노튜브를 이용한 전자소자 및 연료전지 연구에서 국제적으로 높은 평가를 받고 있다.

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