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노벨 물리학상에 영국 출신 3명…미지의 세계 ‘이종물질’ 비밀 찾았다

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왼쪽부터 사울레스, 코스털리츠, 홀데인.

올해 노벨 물리학상은 영국 태생으로 미국에서 활동하는 ‘위상(位相)’ 물리학자 세 사람에게 돌아갔다. 스웨덴 왕립학술원은 4일 데이비드 사울레스(David J.Thouless·82) 미국 워싱턴대 명예교수, 마이클 코스털리츠(J.Michael Kosterlitz·74) 브라운대 교수와 덩컨 홀데인(F.Duncan M.Haldane·65) 프린스턴대 교수를 2016년 노벨 물리학 수상자로 공동 선정했다고 밝혔다.

양자컴퓨터의 이론적 토대 마련

왕립학술원은 “올해의 물리학상 수상자들은 미지의 세계로 향하는 문을 열었다”며 “이종 물질(exotic matter)로 알려진 미지의 존재에 대한 비밀을 밝혀내는 데 기여했으며, 과학자들이 새로운 물질을 디자인하는 데 큰 도움을 줬다”고 수상 이유를 밝혔다. 홀데인 교수는 “(물리학상 수상 소식에) 아주 놀랐다. 너무나 감사드린다. 우리 연구는 오래전에 한 것이지만 최근 이를 바탕으로 수많은 새로운 발견이 이어지고 있다”고 수상 소감을 밝혔다.

데이비드 사울레스 교수는 ‘위상물질상태( topological phases of matter)’와 ‘위상 상전이(topological phase transitions)’에 대한 이론을 최초로 세운 인물이다. 코스털리츠 교수는 사울레스 교수의 제자다. 이들의 연구를 이해하려면 ‘위상(topology)’의 의미부터 이해해야 한다. 위상은 어떤 상태를 다른 상태로 바꿀 때 영향을 미치는 견고한 성질을 뜻한다. 예를 들어 노끈을 묶어서 매듭을 만들었다고 하자. 매듭을 만들기 전에 비해 매듭을 만든 후의 노끈은 물리학적으로 새 성질이 추가됐다고 말할 수 있다. 이때 추가된 새 성질을 ‘위상 변화’라고 한다. 사울레스 교수는 상전이(相轉移·물질이 한 상태, 예컨대 고체에서 다른 상태, 예컨대 액체로 바뀌는 현상)의 원인이 바로 ‘위상 변화’라는 사실을 처음으로 밝혔다. 홀데인 교수는 이들의 연구를 토대로 위상 현상이 양자 물질의 세계에서도 똑같이 발생한다는 사실을 알아낸 공로를 인정받아 노벨상을 공동 수상했다.

사울레스 교수의 제자인 한정훈 성균관대 물리학과 교수는 “양자컴퓨터의 이론적 토대를 마련했고, 다양한 분야에서 응용이 가능하다”고 설명했다.
 
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올해 노벨상은 3일 생리의학상을 시작으로, 4일 물리학상, 5일 화학상, 7일 평화상, 10일 경제학상, 13일 문학상의 일정으로 진행되고 있다. 시상식은 오는 12월 10일 스웨덴 스톡홀름에서 열린다.

최준호·문희철 기자 joonho@joongang.co.kr
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