국내연구진, 초고체 존재 논란 종지부 찍어

카이스트 물리학과 김은성 교수

[아시아경제 김수진 기자] 기체·액체·고체를 뛰어넘는 초고체(supersolid) 현상을 처음으로 밝혀낸 카이스트(KAIST) 물리학과 김은성 교수 연구팀이 최근 초고체 존재에 대한 논란을 해소할 새로운 증거를 밝혀넀다.

19일 교육과학기술부에 따르면 김 교수 연구팀이 매우 빠른 속도로 고체 헬륨을 회전시켜 초고체 상태가 파괴되는 현상을 직접 관측, 초고체가 실제로 존재한다는 사실을 증명했다.

김 교수는 지난 2004년 고체 헬륨을 극저온(영하 273도)으로 냉각시키면, 고체임에도 불구하고 그 일부가 별다른 저항 없이 자유롭게 흐르는 독특한 물질 상태로 존재한다는 사실을 세계 최초로 규명한 초고체 연구의 선구자다.

고체이면서 초유체(점성이 없는 유체)의 특성을 지닌 초고체 현상은 학계를 비롯해 많은 사람들의 관심을 불러일으켰다. 그러나 지난 6월 김 교수가 관측한 현상은 온도에 따른 고체 헬륨의 일반적 물성 변화에 기인한 것이며 초고체 현상이 아니라는 주장이 제기돼 초고체의 실제 존재 여부가 학계의 관심사로 떠올랐다.

이에 김 박사팀은 고체 헬륨을 회전시켜 초고체 현상이 파괴되는지 여부를 관찰하는 데 착안했다. 초고체가 아닌 고전적 고체는 회전속도에 민감하게 반응하지 않는 반면, 초고체를 매우 빠르게 회전시키면 내부에 양자 소용돌이가 발생해 초고체 현상이 파괴될 것으로 예측되기 때문. 김 교수팀은 실제로 초고체 상태가 파괴되는 현상을 직접 관측, 지금까지의 논란에 종지부를 찍었다.

김 교수는 "이번 연구는 국내 연구진의 주도하에 이뤄진 값진 연구성과"라며 "초고체 존재 여부를 둘러싸고 벌어진 논란에 해답을 제시했다는 점뿐만 아니라 새로운 물질의 존재를 확인에 순수과학의 폭을 넓혔다는 데 의미가 있다"고 말했다.

이번 연구결과는 세계적 과학 전문지인 ‘사이언스(Science)’에 게재 승인을 받았으며 연구 중요성을 인정받아 사이언스 온라인판인 ‘사이언스 익스프레스(Science Express)’ 19일자에 게재됐다.

김수진 기자 sjkim@