올해 노벨물리학상…'미지의 존재물질' 밝혀내(종합)

사울레스 교수가 큰 역할 해내

▲올해 노벨물리학상을 받은 사울레스, 홀데인, 코스털리츠 교수.(왼쪽부터).

[아시아경제 정종오 기자] 양자물성의 비밀을 벗긴 데이비드 사울레스(David Thouless) 워싱턴 대학교수, 덩컨 홀데인(Duncan Haldane) 프린스턴대학 교수, 마이클 코스털리츠(Michael Kosterlitz) 브라운 대학 교수에게 올해 노벨물리학상이 돌아갔다.

이들은 위상수학으로 알려진 수학적 기법을 이용해 초전도체나 초유체(超流體)를 연구한 업적을 인정받았다. 얇은 자기장 등에서 나타나는 특이상태의 물질의 존재를 밝혀낸 연구였다.

사울레스와 코스털리츠는 1970년대에 초전도성 혹은 초유체성이라는 것이 얇은 막 형태에서 일어난다는 당시의 이론을 뒤집으면서 초전도성이 극저온에서 일어나며 고온에서는 사라진다는 사실을 밝혀냈다.

이들의 연구는 재료과학과 전자공학 발전에 큰 도움이 됐다. 위상수학(토폴로지, topology)이란 물질의 상전이(相轉移) 때에 발생하는 변화를 연구하는 이론적 학문을 말한다.

상전이(phase transition)는 통계물리학에서 매개변수가 바뀔 때 물리적 성질 일부가 급격히 변하는 현상을 일컫는다.

노벨위원회는 이날 물리학상을 발표하면서 "이들은 '별난 물질'의 비밀을 벗겼다(They revealed the secrets of exotic matter)"라고 설명했다. 여기서 말하는 '별난 물질(exotic matter)이란 질량이 마이너스이거나 허수인 물질을 일컫는다. 미지의 존재 비밀을 밝혀내는 데에 기여했다는 것이다.

가장 큰 공을 세운 이는 데이비드 사울레스였다. 노벨위원회는 "상금의 절반은 사울레스에게, 나머지 절반을 각각 홀데인과 코스털리츠가 나눠 갖는다"고 설명했다. 사울레스에게 가장 큰 공로가 있음을 인정한 것이다.

노벨위원회는 '물질의 위상학적 단계와 전이에 대한 이론적 발견'에 큰 점수를 줬다. 노벨위원회는 이들 세 명의 토폴로지 연구가 "미지의 세계에 대한 창을 열었다"고 높이 평가했다. 이들의 위상전이 연구로 물질의 특이한 단계에 대한 탐구가 지금 진행되고 있다고 밝혔다.

박제근 서울대 물리천문학부 교수는 "사울레스 교수는 위상전이를 통해 여러 가지 실험을 하고 있었다"며 "사울레스는 그동안 노벨상 후보에 계속 거론되고 있던 인물이었다"고 설명했다.

한편 올해 이들의 수상은 예상을 벗어난 결과로 꼽힌다. 올해 노벨물리학상을 받으면서 전 세계인의 관심을 끌게 됐다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr