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초전도현상을 뮤지컬로 풀어낸 과학자

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초전도현상을 뮤지컬로 풀어낸 과학자

2019.02.18 16:23
프라모드 세나리트 야파 캐나다 앨버타대 물리학부 박사과정생은 자신의 취미인 스윙댄스를 녹여낸 뮤지컬로 자신의 연구를 쉽게 풀어냈다. 매티스 르 달 제공.
프라모드 세나리트 야파 캐나다 앨버타대 물리학부 박사과정생은 자신의 취미인 스윙댄스를 녹여낸 뮤지컬로 자신의 연구를 쉽게 풀어냈다. 매티스 르 달 제공.

이론물리학에 대한 지식이 없는 사람에게 ‘금속이 영하 273도 절대영도에 가까운 극저온 환경에서 초전도 현상이 발생한다’를 쉽게 설명하려면 어떻게 해야 할까. 캐나다의 한 물리학자는 이를 스윙댄스로 쉽게 설명해냈다. 프라모드 세나라트 야파 캐나다 앨버타대 물리학부 박사과정생이 자신의 취미인 스윙댄스로 만든 10분의 뮤지컬을 보면 초전도 현상을 쉽게 배울 수 있다.

 

야파 박사과정생은 이달 14일부터 17일까지 미국 워싱턴에서 열린 미국과학진흥회(AAAS) 학회 ‘2018 댄스 유어 피에이치디(Dance your Ph.D.)’ 대회에서 '초전도 전선의 비(非)국소적 전기동역학'을 주제로 한 뮤지컬로 최우수상을 받았다. 이 대회는 박사과정생 이상의 참가자들이 가장 어려운 전문용어로도 표현하기 힘든 자신의 연구내용을 ‘몸짓’으로 풀어내는 대회다. 올해로 11년 차를 맞은 이 대회는 AAAS와 학술지 ‘사이언스’가 후원한다.

 

'댄스 유어 피에이치디'는 과학 전문 기자로 활동하던 존 보하논이 과학을 어떻게 대중들에게 알릴까를 고민하다가 만들었다. 보하논은 지금은 기자로 활동하지 않지만 현재 대회의 주최를 맡고 있다. 16일 미국 공영 라디오방송 NPR과의 인터뷰에서 보하논은 “새해 맞이 행사에서 과학인들의 무거운 모습을 춤으로 가볍게 만들기 위해 대회를 시작했다”며 “참석자들이 그들의 연구를 단어 없이 설명하게 하는 댄스 대회로 파티를 바꿨다”고 말했다.


올해 대회에선 과학을 춤으로 표현하고픈 열정을 가진 50팀의 영상이 제출됐다. 유튜브에 올라온 영상에 대한 온라인 투표를 통해 결승전에 진출할 12팀이 가려졌다. 미국 현대무용 그룹 ‘필로볼루스’의 무용가들을 비롯한 예술가 5인과 레베카 색스 미국 매사추세츠공대(MIT) 뇌인지과학부 교수 등 과학자들로 구성된 심사위원들은 결선작들의 예술성과 과학성을 평가했다. 여기서 최우수상을 받은 야파 박사과정생은 1000달러의 상금과 ‘불멸의 괴짜’라는 명성을 얻게 됐다.

 

야파 박사과정생의 작품은 물리학 부분 대상과 전체 대상의 영예를 안았다. 대회에서는 이외에도 생물학, 화학, 사회과학 분야에 각각 우승자를 선정했다. 생물학 분야는 올리비아 고세리스 벨기에 리에주대 박사의 ‘심각한 뇌 부상 후 뇌 자극으로 뇌 인지도 측정하기’가, 화학 분야는 샤리 피너 독일 도르트문트기술대 박사과정생의 ‘전도 플라스틱의 여과 이론’이, 사회과학 분야는 로니 조하르 이스라엘 와이즈만과학원 박사의 ‘문처럼 움직여 물리학 컨셉을 배우자’가 선정됐다.

 

야파 박사과정생의 뮤지컬 중 한 장면. 전자가 전선을 따라 일렬로 움직이는 장면을 춤으로 표현해냈다. 유튜브 캡처
야파 박사과정생의 뮤지컬 중 한 장면. 전자가 전선을 따라 일렬로 움직이는 장면을 춤으로 표현해냈다. 유튜브 캡처

야파 박사과정생은 지난해 2월 국제학술지 ‘응용 물리학 리뷰’에 발표한 자신의 논문을 10분간의 3막짜리 뮤지컬로 풀어냈다. 야파 박사과정생이 캐나다 빅토리아대 물리천문학부에 있을 때 진행한 연구를 토대로 뮤지컬을 만들었다. 그는 로제리오 데 소사 빅토리아대 물리천문학부 교수의 지도를 바탕으로 6주간 친구들과 연구자들을 모아 뮤지컬 속 스윙댄스를 연습하고 노래 가사를 만들었다.

 

초전도 전선 속 전자가 뮤지컬의 주제다. 1막은 평범한 금속 속 전자의 상태를 풀어냈다. 금속 속 전자는 전압이 걸리면 균일하게 줄지어 전선을 따라 흘러간다. 이때 전자 역할을 하는 사람들은 다른 전자와 간격을 이룰 뿐 혼자 춤을 춘다. 전자는 초전도 상태로 바뀌기 전에는 다른 전자와 상호작용하지 않고 혼자 있는 것을 풀어낸 것이다.

 

2막에서는 온도가 떨어져 초전도 상태로 바뀐 전자의 얘기다. 초전도 상태에서 전자는 다른 전자와 쌍을 이루려 하고 전선의 가장자리를 따라 흐르게 된다. 두 전자가 상관성을 갖고 같은 운동량을 갖는 것을 묘사한 것인데 이를 ‘쿠퍼 페어’라 부른다. 초전도 상태의 대표적인 현상 중 하나다. 전자쌍은 피파드 코히렌스의 길이라 부르는 전자쌍만의 거리를 갖는다. 뮤지컬에선 이를 설명하기 위해 두 명의 전자가 짝을 지어 가까워졌다 떨어졌다를 반복한다.

 

세 번째 막에는 쌍이 불량배처럼 전선 속을 어지럽히는 스핀 불순물과 상호작용하는 과정을 볼 수 있다. 뮤지컬 속에서 스핀 불순물은 전자쌍이 넓은 간격으로 춤을 출 때 전자쌍의 이동에 시비를 건다. 전자쌍의 스핀 불순물은 전선 속에 자기적 소음을 발생시켜 초전도성을 떨어트린다. 이때 피파드 코히렌스 길이가 길어지면 스핀 불순물에 의한 초전도성 감소가 더 늘어난다.

 

캐나다 공영방송 CBC와의 17일 라디오 인터뷰에서 야파는 “물리학은 매우 난해해 대중들이 접근하기 어려운 것처럼 보였다”며 “이번 시도는 물리학에 대한 대중의 쉬운 접근을 가능하게 할 것”이라고 말했다.

 

야파 박사과정생의 '초전도 전선의 비(非)국소적 전기동역학' 보기: https://youtu.be/wZvUNIHxWic

 

'댄스 유어 피에이치디' 출품작 50개 보기: http://gonzolabs.org/dance/2018-videos/

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