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|  | 코넬 |  | |
| 미국의 물리학자.
´보스-아인슈타인 응축´(Bose-Einstein Condensation/BEC) 이론의 가설을 실험을 통해 입증하는 것은 20세기 세계 원자물리학 분야에서 가장 중요한 과제로 남아 있었다. 미국 국립표준기술연구소(NIST) 선임과학자인 에릭 A. 코넬은 이 과제를 최초로 해결한 위업으로 콜로라도대학교의 칼 E. 위먼 교수, 매사추세츠공과대학(MIT)의 볼프강 케테를레 교수와 함께 2001년 노벨 물리학상 공동 수상자로 선정되었다. 이들은 수많은 원자가 마치 하나처럼 뭉쳐 있는 전혀 새로운 형태의 물질을 만드는 데 성공함으로써 BEC 현상을 실증하는 위업을 달성했다. 노벨 물리학상의 주관기관인 스웨덴 왕립과학 아카데미는 이들의 연구 성과를 바탕으로 정밀측정기술과 나노 기술, 입체영상기술 등에 혁신이 일 것으로 전망했다.
양자역학에서 원자구성입자가 일련의 에너지 상태에서 분포하는 방식에는 2가지가 있다. 이 2가지 방식은 각각 1924~25년 인도 물리학자 S. N. 보스와 알베르트 아인슈타인이 제시한 ´보스-아인슈타인 통계´(Bose-Einstein statistics)와 1926~27년 엔리코 페르미와 P. A. M 디랙이 제시한 ´페르미-디랙 통계´(Fermi-Dirac statistics)라는 연구 결과에 따른 것으로서 전자의 방식으로 분포하는 입자군은 보스의 이름을 따 ´보손´(boson)´이라 불리고, 후자의 방식으로 분포하는 입자군은 페르미의 이름을 따 ´페르미온´(fermion)이라 불린다.
페르미온은 입자가 서로 피하면서 각각 분산된 에너지 상태를 유지하려는 배타성을 가지고 있는 반면, 보손 입자는 수적 제한 없이 동일한 에너지 상태에 한데 모이려는 친화성을 가지고 있다. 아인슈타인은 보스-아인슈타인 통계라는 입자 분포방식에 관해 보스가 거두었던 연구 성과를 더욱 진전시켜, 기체상태의 보손 입자를 초저온에서 냉각시키면 모든 원자가 최저의 에너지 상태에서 일제히 한데 모일 것이라는 가설을 제기했는데, 이를 ´보스-아인슈타인 응축´(Bose-Einstein Condensation/BEC) 이론이라 한다.
1920년대 이후 페르미온 입자군에 대한 이론적·실증적 연구가 꾸준히 가시적인 진척을 보여온 것과 달리, 보손 입자군과 새로운 물질상태인 BEC에 관한 가설을 실험으로 입증하려는 시도는 숱한 실패를 거듭해 세계 원자물리학계의 수수께끼이자 숙원으로 남아 있었다.
BEC 이론이 발표된 지 꼬박 71년이 지난 1995년 6월 5일, 위먼과 코넬은 알칼리족 원소인 루비듐 원자 약 2,000개를 냉각온도 20nK(절대영도(0K:?273.16°C)보다 20/1,000,000,000°C 더 높은 온도)에서 한데 묶어 보손 상태의 순수 응축물을 만들어내는 데 성공했다. 고체·액체·기체·플라즈마에 이어 인류가 발견한 이 제5의 물질상태는 15~20초 동안 지속되었다.
위먼이 입자의 냉각·포획을 위한 레이저·자기광학 병합장치를 직접 고안해 BEC의 연구·실험에 착수한 것은 1990년 무렵이었으며, 코넬은 그로부터 1년 뒤 당시 박사후 연구원 신분으로 위먼에게 발탁되어 연구팀에 합류했다. 특히 코넬은 적정 저온에서 원자를 고밀도로 포획하는 가장 까다로운 과정을 해결하기 위해 새로운 장치와 고난도 기술을 개발함으로써 BEC 생성의 마지막 돌파구를 열었다. 실험에 성공한 당시 연구팀이 썼던 장치는 현재 미국 스미스소니언 박물관에 보관되어 있다. 레이저빔을 사용해 기체상태의 입자의 운동속도를 늦추어 냉각시키는 기술은 1985년 미국의 스티븐 추와 윌리엄 D. 필립스가 최초로 개발했으며, 프랑스의 클로드 코앙 타누지는 이 성과를 더욱 진전시켜 절대온도 1μK(절대영도에서 1/1,000,000°C 더 높은 온도)를 얻는 데 성공했다. 이 업적으로 이들은 앞서 1997년 노벨 물리학상을 받았다.
오늘날, 전세계 약 40개 연구소에서 위먼과 코넬의 최초 성과를 자체 실험으로 재입증했으며, 많은 물리학자들이 이에 힘입어 다양한 기체에서 BEC를 조작해 그 성질을 규명하는 연구에 매달리고 있다. 이러한 노력의 결과, 현재는 첫 성공 당시에 비해 훨씬 더 많은 원자의 응축현상을 최고 3분까지 지탱시킬 수 있게 되었다.
코넬은 1961년 미국 캘리포니아 주 팰러앨토에서 태어나 1985년 스탠퍼드대학교에서 물리학 전공으로 학사 학위를 받고, 1990년 MIT에서 박사 학위를 받았다. 콜로라도대학교와 NIST의 합동연구소인 실험천체물리학합동연구소(JILA)의 박사후 연구과정(1990~92)에 있었으며, 1992년 이래 NIST의 선임과학자로 일하고 있다. 또 콜로라도대학교 협동조교수(1992~95)·협동교수(1995~)로서 강의에 매진하고 있으며, JILA·NIST·콜로라도대학교 펠로(1994~)로도 일하고 있다.
미국물리학회(1997)·미국광(光)학회(2000)·국립과학원(2000) 특별회원으로 선출되었으며, 미국 국립과학재단의 앨런 T. 웨이트먼 상(1997), 네덜란드 왕립학술 아카데미의 로렌츠 메달(1998)과 미국 프랭클린 연구소의 벤저민 프랭클린 메달(1999), 미국광학회의 R. W. 우드 상(1999) 등 많은 수상 기록을 갖고 있다.
by http://preview.britannica.co.kr/spotlights/nobel/ |
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