Interdisciplinary Program for
systems Biosciences and Bioengineering
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I-bio 겸임 노준석 교수, 100년간 못 푼 물리학 난제 포스텍 연구팀이 해결해내
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- 2025.04.11 14:15:11
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국내 연구진이 100년 동안 난제로 여겨졌던 물리학 문제를 풀었다. 단일 입자에서 에너지 손실 없이 파동을 완전히 가두는 기술이다. 향후 에너지 및 초고감도 센서, 통신 기술 등에 다양하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.
포스텍은 노준석 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과·융합대학원 교수(사진) 연구팀이 단일 입자 수준에서 파동을 완전히 가두는 기술을 개발했다고 10일 밝혔다. 이 연구는 물리학 분야 최고 학술지인 '피지컬 리뷰 레터스'에 지난 3일 게재됐다. 이번 연구는 지금까지 물리학의 이론적 한계를 뛰어넘으면서 에너지 수확 등 실제 기술에도 응용될 수 있는 성과다. 스마트폰이나 라디오 같은 많은 기술들은 파동의 '공진' 현상을 활용한다. 공진이란 특정 주파수에서 파동이 증폭되는 현상이다.
공진이 진행될수록 파동 에너지는 조금씩 새어나간다. 만약 파동을 가둬놓을 수 있으면 기술적 활용도는 높다. 대표적으로 빛을 가둬 세기를 증폭시키는 레이저 기술은 통신은 물론, 군사적인 용도로도 활용된다. 마찬가지로 파동을 가둔다면 유지되는 파동 에너지를 훨씬 다양한 용도로 활용할 수 있다.
20세기에 손꼽히는 물리학자인 요한 폰 노이만과 유진 위그너는 약 100년 전 특정 조건에서 에너지 손실 없이 파동을 가둘 수 있는 이론을 제시했다. 이는 마치 강물이 흐르고 있음에도 특정한 지점에 소용돌이가 생겨 물이 계속 그 자리에서 맴도는 것과 유사하다. 다만 물리학자들은 지난 100년간 단일 입자 수준에서 파동을 완전히 가두는 건 불가능하다고 생각했다.
노 교수는 이 오래된 이론적 한계를 깨고 단일 입자 내에서도 파동을 완전히 가둘 수 있다는 사실을 증명했다. 연구진은 원통형 고체 입자들을 이용해 결정 구조를 만들었는데, 특정 조건에서 파동 에너지가 유지된다는 점을 확인했다. 노 교수는 "아직 물리 현상에 대한 기초연구 단계지만, 에너지 수확 기술 및 초고감도 센서, 통신 기술 등 다양한 분야에서 중요한 돌파구가 될 것으로 기대한다"고 말했다.