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최순원(4기)·최준희(11기) 장학생, 4차원 시공간 물질의 특징 '타임 크리스털' 첫 관측

11기 최준희(왼쪽), 4기 최순원(오른쪽) 장학생 <하버드대 미하일 루킨 실험실 제공>

미국 하버드대 박사과정에 재학 중인 삼성장학생들이
양자역학 분야에서 기존 고정관념을 깨는 연구로
국제학술지 '네이처'에 논문을 싣는 성과를 올렸다. 두 주인공은
하버드에서 물리학을 전공하고 있는 4기 최순원과 11기 최준희
장학생이다. '네이처'에 따르면 두 사람은 새로운 물질의 형태인
'타임 크리스털(time crystal)'을 세계 최초로 관측하는데
성공했다. 이번 연구는 시공간을 어떻게 이해할 것인지에 대한
근본적인 질문을 던지는 성과인 동시에, 가까운 미래에
양자컴퓨터나 양자정밀계측 등의 개발을 위한 원천기술로
응용될 수 있을 것으로 학계에서는 기대하고 있다.

그간 세계 물리학자들은 자연계에 존재하는 물질 속에서 '대칭성'이 어떻게 깨질 수 있는지 연구해왔다.
가령 물질이 액체나 기체상태에서 고체로 변하는 것은 원자와 분자가 자유롭게 떠다니다가 규칙적으로
배열되면서 결정구조를 갖는 것인데, 물리학자들은 이를 '공간에 관한 대칭성이 깨진다'고 표현한다.
자연에서 볼 수 있는 현상들은 대부분 대칭성이 깨지는 원리로 설명할 수 있다.

 '17.3.9일자 네이처 표지 <네이처 제공>

2012년 노벨 물리학상 수상자인 미국 매사추세츠공대(MIT)의
프랑크 윌첵 교수는 공간이 아닌 시간상에서도 대칭성이 깨지는
'타임 크리스털'이 구현 가능하다고 주장해왔다.
이후 많은 물리학자들은 타임 크리스털 구현을 시도해왔지만,
통상적인 방법으로는 불가능하다는 결론을 내렸다.

최순원·최준희 장학생의 공동 연구는 이처럼 불가능하다고 여겨온
타임 크리스털을 처음으로 가능하게 했다. 두 사람은 다이아몬드 속에
존재하는 인공 원자 100만 개를 사용하는 방법을 이용했다.
네이처는 '하버드팀이 통계물리학으로 설명되지 않는
새로운 양자역학적 물질의 상태를 구현해낸 것은 세계 최초이며,
상당히 이례적'이라고 평가했다.

4기 최순원 장학생과 11기 최준희 장학생은 각각 대전과학고와 한성과학고를 2년 만에 조기졸업한 영재다.
최순원 장학생은 이후 미국 캘리포니아공대를 수석졸업하고 하버드대 물리학과에 들어갔다.
11기 최준희 장학생은 고교 조기졸업 후 KAIST에 입학, 역시 수석졸업했다. 두 사람은 하버드대 물리학과
박사과정에 들어가면서 공동 연구를 하게 됐다. 최준희 장학생은 "타임 크리스털의 발견은 놀라운 것이지만,
그 성질에 대한 이해는 아직 초기 단계"라며 "앞으로 매우 흥미로운 연구주제가 많이 나올 것으로
기대된다"고 말했다. 이번 연구는 네이처 '17.3.9일자(한국시간) 온라인에 게재됐다.

최순원, 최준희 장학생 논문 보기 : http://www.nature.com/nature/journal/v543/n7644/full/nature21426.html

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