50억년 동안 오차無…세계서 ‘가장 정확한 시계’ 개발

지구의 나이보다 훨씬 오랜 기간인 50억 년이 지나도록 단 1초의 오차도 허락하지 않는 세계에서 가장 정밀한 ‘원자시계’가 화제를 모으고 있다.

미국 IT전문매체 기즈모도(Gizmodo)는 지구에서 가장 정확한 원자시계로 공인된 ‘스트론튬 격자 시계(strontium lattice clock)’의 자세한 사항을 3일(현지시간) 소개했다.

미국 실험천체물리학합동연구소(Joint Institute for Laboratory Astrophysics), 미국표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology) 그리고 콜로라도 대학(University of Colorado) 연구진까지 공동으로 참여해 완성된 해당 시계는 세계에서 가장 정확한 시간 표시로 유명하다.

기본적으로 원자시계 종류는 원자 고유 공명주파수를 기준으로 삼아 시간을 표시하기에 오차가 날 확률이 극히 드물다. 이와 관련해, 해당 시계는 알칼리토금속원소 중 하나인 스트론튬 (strontium) 내부의 수천 개 원자가 광학 레이저 기둥 안에서 두 개의 에너지 레벨에 조정되며 정확도를 더욱 극한으로 끌어올린다는 이색적인 특징을 가진다.



해당 시계에서 초당 스트론튬 원자가 안정적으로 진동하는 횟수는 약 430조번으로, 이를 통해 ‘째깍’ 소리가 나는 1초를 정확히 감지해 표시한다. 이는 지난 50억년 동안 단 한 번의 오차도 발생되지 않았다 해도 될 만큼 정밀한 것이다.

특히 스트론튬 격자 시계(strontium lattice clock)는 지금까지 가장 정확한 시계라고 알려져 있던 미국표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology)의 양자시계(quantum logic clock)보다 무려 50%나 더 정밀하다.

문제는 해당 시계의 민감도가 지나치게 뛰어나 지구 중력까지 시간표시에 반영한다는 점이다. 연구진에 따르면, 스트론튬 격자 시계(strontium lattice clock)는 장소가 달라질 때마다 약간의 시간적 차이를 드러내는데 이는 아인슈타인의 상대성 원리에 따른 어쩔 수 없는 한계다. 어찌 보면 해당 시계가 그만큼 극도로 예민하다는 것을 역설적으로 증명해주는 부분일 수도 있다.

연구진은 만일 해당 시계의 성능을 가장 정확히 측정하려면 중력의 영향이 미치지 않는 우주공간에서 실험이 진행돼야 할 것이라고 설명했다.

조우상 기자 wscho@seoul.co.kr