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▲ 저온 원자 실험실의 개념도. (사진=NASA)
별 주변 공간 등을 제외한 우주 대부분은 매우 춥고 진공에 가까운 상태다. 그런데 미항공우주국(NASA)가 이보다 1억 배는 더 추운 장소를 만들기 위해 도전한다. 저온 원자 실험실(CAL·Cold Atom Laboratory)이라고 불리는 이 실험실은 아이스박스처럼 작은 크기지만, 레이저를 이용해서 극단적인 초저온을 만들 수 있다. NASA는 이를 오는 8월 스페이스X의 CRS-12에 실어 국제 유인 우주정거장으로 발사할 예정이다.
이론적으로 생각할 수 있는 가장 낮은 온도는 '절대영도'다. 키나 몸무게가 마이너스가 된다는 것을 상상하기 어려운 것처럼 절대영도보다 낮은 기온 역시 일반적으로 가능하지 않다. 이 온도를 섭씨로 표시하면 -273.15도에 해당한다.
이렇게 저온 상태에서는 초전도 현상처럼 일반적이지 않은 물리적 현상이 발생하기 때문에 과학자들은 더 낮은 온도를 얻기 위해서 많은 노력을 해왔다. 이를테면 절대영도에 한없이 가까운 상태를 추구한 것이다.
저온 원자 실험실은 절대영도에서 불과 10억분의 1에 불과한 극저온 상태를 만들 수 있다. 이 정도까지 온도가 내려가면 보즈-아인슈타인 응축(Bose-Einstein condensates)라는 매우 독특한 현상이 발생한다. 이 상태에 있는 원자들이 모두 같은 양자역학적 상태가 되어 마치 하나의 원자처럼 움직이는 것이다.
그런데 강한 중력이 있는 지구에서는 이 상태가 길어봐야 1초 이상 지속하기 힘들어 상세한 관측이 어렵다. 따라서 NASA는 이 실험 장치를 우주 정거장으로 보내 관측을 시도하는 것이다. 예상대로 된다면 5~10초 정도 관측이 가능할 것이고 앞으로 기술이 발전하면 수백 초 이상 관측도 가능하다. 역시 짧은 시간이지만, 이 정도 시간만 관측할 수 있어도 새로운 현상이 발견될 가능성이 있어 과학계의 이목이 쏠려 있다.
현재 5개의 연구팀이 저온 원자 실험실을 이용한 연구 과제를 신청했으며, 이 중에는 보즈-아인슈타인 응축물을 실제로 만들어내 노벨 물리학상을 받은 에릭 코넬(Eric Cornell)도 포함되어 있다. 우주에서 가장 추운 실험실에서 지금까지 보지 못했던 새로운 현상이 발견될 수 있을지 기대된다.
고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com
