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"빛을 도구로 쓰는 인류의 탄생”…노벨물리학상 발표현장 이모저모

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2018년 10월 03일 17:10 프린트하기

노벨상 발표를 기다리는 취재진들 - 노벨위원회 제공
노벨상 발표를 기다리는 취재진들 - 노벨위원회 제공

올해 노벨물리학상은 빛으로 만든 도구를 인류에게 선사한 세 명의 과학자들에게 돌아갔다. 이들의 헌신과 아이디어 덕분에 인류는 눈에 보이지 않는 세포를 움직이고 시력을 교정하며 분자에서 일어나는 찰나의 순간을 눈으로 볼 수 있게 됐다. 인간의 본성이 도구를 사용하고 제작하는 데 있다는 '호모파베르'의 개념을 빛으로 만든 도구를 이용하는 인간으로 더욱 확장시킨 셈이다. 


스웨덴 왕립과학원 노벨물리학상 선정위원회는 2일(현지 시간) 노벨 물리학상 수상자로 아서 애슈킨(96) 미국 벨연구소 박사, 제라르 무루(74) 프랑스 에콜폴리테크니크 교수, 도나 스트리클런드(59) 캐나다 워털루대 교수를 선정하고 이들의 선정 사유를 설명하는 시간을 가졌다. 

존 한슨 노벨상선정위원회 사무총장과  올가 보트더 노벨물리학상 선정위원회 의장, 같은 위원회 소속의 마츠 라르손 스웨덴 스톡홀름대 교수가 설명에 참여했다. 이어 현지 언론과 수상자와 질의응답이 진행됐다. 

 

수상자를 선정한 노벨위원회에서 현장 취재진의 질문에 대해 답변하고 있다.
수상자를 선정한 노벨위원회에서 현장 취재진의 질문에 대해 답변하고 있다.

다음은 노벨위원회의 선정 이유

 

▲존 한슨 노벨상 선정위원회 사무총장="올해 노벨 물리학상을 받은 연구는 광학장비와 관련된 것이다. 영광의 인물은 두 그룹, 총 세 명이다. 광학집게와 생물시스템 장비를 개발한 아서 애슈킨 박사가 한 축이고 고출력 레이저를 개발한 제라르 무루 교수와 도나 스트리클런드 교수가 또 다른 축이다."

 

"애슈킨 박사는 1922년에 뉴욕에서 태어났고, 미국 뉴저지에 있는 벨연구소에서 연구하며 업적을 남겼다. 무루 교수는 1944년 프랑스에서 태어났으며 현재는 프랑스 파리에 있는 폴리테크닉에서 연구를 계속하고 있다. 미국 미시간대에도 적을 두고 있다. 도나 스트리클런드 교수는 1959년 캐나다에서 태어났으며, 현재 캐나다 워털루대에서 일하고 있다. 무루 교수와 스트리크런드 교수는 미국 로체스터대에서 함께 많은 연구를 했다."

 

▲올가 보트너 노벨물리학상 선정위원회 위원장="지난 60년 동안 레이저 장치는 다양한 분야에서 필수불가결한 존재였다. 레이저는 매우 작은 곳에 초점을 맞출 수 있는 가늘고 긴 빛으로, 용접이나 절단을 할 때 엄청난 힘을 낸다. 수십억 명의 전 세계 사람들이 레이저프린트나 바코드를 이용할 때마다 사용되기도 한다. 놀라운 레이저 쇼도 있고 레이저 수술로 피부 치료를 받기도 한다."

 

"레이저 분야는 소위 ‘블루 스카이 디스커버리(blue sky discovery)’로 구분됐다. 실생활에 곧바로 응용되지 못하는 기초연구의 영역을 뜻한다. 그러나 오늘 우리는 이 분야에서 새로운 길은 열어 준, 물리학 분야에서 새로운 발명품을 만들어 준 분들께 축하를 드린다."

 

▲마츠 라르손 스웨덴 스톡홀름대 교수="애슈킨 박사는 광학집게를 발견했다. 그는 레이저 빔의 압력을 이용해 아주 작은 공 모양 물체를 밀어본 적이 있다. 레이저 빔은 빔의 중심부의 압력이 더 세다. 그래서 공 모양의 물체는 ‘압력구배힘’이라는 물리현상에 따라 점점 중심부로 끌려 들어왔다. 결국 레이저 빔을 쏜 뒤 렌즈로 초점을 맞춰 물체를 가두는데 성공했다. 빛으로 공간상에서 물체를 고정할 수 있었다. 이 원리를 아주 쉽게 이해할 수 있는 사례가 있다. 헤어드라이기 바람으로 탁구공을 공중에 띄우는 경우다. 헤어드라이기를 잘만 조절하면 탁구공을 계속 띄운 채로 움직일 수 있다. 이것은 여러분도 충분히 집에 할 수 있다."

 

"이런 광학집게의 발명은 매우 중요하다. 예를 들어 바이러스나 박테리아, 그리고 살아 있는 세포까지 고정할 수 있기 때문이다. 광학집게를 실험실에서 이용하게 되면서 대단한 발견들이 이어져 왔다. 앞으로도 분자 운동이 어떻게 이뤄지는 지도 세세히 알 수 있을 것이다. 현재 ‘키네신’이라는 진핵생물 단백질에 대한 연구가 이뤄지고 있는데 광집게를 이용하면 키네신이 세포 속에서 어떻게 붙어 있는지, 그 힘의 크기를 측정할 수 있다."

 

노벨물리학상, 빛의 도구 개발한 애슈킨·무루·스트릭랜드 3인 수상
노벨물리학상, 빛의 도구 개발한 애슈킨·무루·스트릭랜드 3인 수상

"올해 노벨 물리학상의 두 번째 연구에 대해서 얘기해 보겠다.  처음 레이저가 등장한 1960년 무렵에는 강도가 굉장히 가파르게 상승했다. 그러나 1980년 무렵에는 곧 성장이 더뎠다.  기술이 성장이 지체되는 것은 그 분야의 발전에 큰 걸림돌이 된다. 강도가 더 상승하지 않은 이유는 레이저의 출력을 키울 때 증폭기에 손상이 생기기 때문이다. 이때 두 사람의 과학자가  ‘처프 펄스 증폭(CPA)’이라는 방법을 개발했다. 이 기술을 설명하자면, 우선 출력은 약하지만 펄스가 아주 긴 레이저를 만든다. 그 다음 증폭기를 이용해 에너지를 키운다음, 다시 짧은 펄스로 압축시킨다. 그러면 펄스의 길이는 짧지만 그 힘이 훨씬 더 강해진 레이저를 얻을 수 있다. 이 기술이 등장한 이후 레이저의 강도는 다시 4~5년마다 두 배 이상씩 증가하고 있다."

 

"이 기술은 정말 다양한 분야에 응용되기 시작했다. 기초 연구와 응용 연구, 모든 분야에 쓰였다. 물리연구실에선 전자와 양자를 가속하는데 사용했으며, 병원에선 근시를 치료하기 위한 안과 수술 장비에 사용되고 있다. 또 암을 치료에 적용할 수 있는 것을 확인하는 단계에 이르렀다."

  

아래는 노벨상 수상자 도나 스트릭랜드와 기자들과의 일문일답

 

 수상자로 선정된 직후의 도나 스트리클런드 교수
수상자로 선정된 직후의 도나 스트리클런드 교수

-순수 기초 연구에서 어떻게 이런 기술을 개발할 수 있었나.

“처음 연구를 시작했을 때만 해도 많은 연구자들이 레이저 펄스 강도를 증가시키기 위해 여러 방면으로 연구를 하고 있었다. 나는 증폭기 밖에서 펄스를 늘리는 것이 가능하다고 생각했다.”

 

-노벨 물리학상 분야에서 세 번째 여성 수상자다.

“나는 여성 수상자가 이보다 더 많을 줄 알았다. 우리는 모든 여성 물리학자들을 격려해줄 필요가 있다. 앞으로 더 많은 여성 물리학자들이 노벨 물리학상을 탈 수 있을 것이다. 내가 그 여성들 중 하나라는 사실이 큰 영광이다.”

 

-수상 소식을 들었을 때 소감은?

“처음엔 믿겨지지 않았다. 동료들에게 무척 고맙고, 애슈킨 박사와 함께 상을 받게 되어매우 영광이라고 생각한다. 모두가 알다시피 애슈킨 박사는 일찍이 매우 대단한 발견을 했다.”

 

-당신이 개발한 기술을 응용한 장비들이 굉장히 많다. 그중 어떤 걸 가장 좋아하는가?

“어떤 걸 콕 짚어서 좋아한다고 말하기는 좀 어렵다. 이 기술을 응용해 가장 잘 알려진 건 안과 수술 장비다. 가장 많은 사람들이 실용적으로 사용할 수 있고, 이미 여러 학회에서 논의되고 있다. 그러나 여전히 많은 장치들에 대해 연구가 진행되고 있다.”

 

-이 기술이 앞으로는 어떤 분야 응용될 것이라고 생각하나?

“굉장히 다양하다. 지금 전 세계적으로 커다란 레이저 장치들이 많이 있다. 몇몇 장치들은 암을 치료할 수도 있다. 의학뿐 아니라 화학과, 물리, 공학 등 아주 다양한 분야에서 유용하게 사용될 것이다.”

 

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