'세계 최초 전자의 양자거리 측정 성공' 브리핑

<송완호 과학기술정보통신부 기초연구진흥과장>
안녕하십니까? 과학기술정보통신부 기초연구진흥과장 송완호입니다.

현장에서 그리고 온라인으로 브리핑에 참석해 주신 기자님들께 먼저 감사의 말씀 올립니다.

오늘 브리핑할 내용은 6월 6일 금요일, 내일입니다. 새벽 Science지에 게재되는 연세대학교 김근수 교수님의 연구 성과가 되겠습니다.

이번 연구 성과는 그동안 근사적으로 또 간접적으로만 측정이 가능했던 양자거리를 세계 최초로 근사 없이 완전하게 측정했다는 점에서 학문적 파급력이 매우 클 것으로 예상됩니다.

특히, 이론 연구그룹과 실험 연구그룹이 각각 보유해 온 오랜 기간 쌓아온 전문성을 바탕으로 유기적인 협업을 통해 이루어낸 성과라 더욱 의미가 크다고 생각합니다.

기자님들 잘 아시는 대로 기초연구는 과학기술 발전의 근간이자 또 장기간에 걸쳐 다양한 분야에 응용되고 있습니다. 더 나아가 새로운 산업 창출과 국민 삶의 질 향상에 기여하고 있습니다.

하지만 그 성과를 가시적으로 측정하기 어려울 뿐만 아니라 결과가 도출되기까지는 오랜 시간이 필요하기에 지속적이고 장기적인 지원이 필수적입니다.

과기정통부는 새로운 지식의 탐색과 축적 그리고 확장이라는 기초연구 본연의 목적에 충실한 지원체계를 바탕으로 앞으로도 우리 연구자분들이 연구에 전념할 수 있는 환경을 조성하기 위해 노력하겠다는 말씀을 올립니다.

연구 업적 및 성과에 대한 자세한 내용은 우리 김근수 교수님께서 설명해 주시겠습니다. 다시 한번 감사 말씀 올립니다. 감사합니다.


<김근수 연세대학교 물리학과 교수>
안녕하십니까? 방금 소개받은 연세대 물리학과에서 온 김근수라고 합니다.

먼저, 브리핑 시작하기에 앞서 오늘 이 자리에 이렇게 와주신 기자분들과 이런 성과를 소개할 기회를 마련해 주신 과기부 모든 관계자분께 정말 감사의 말씀을 드리면서 오늘 제가 준비한 내용을 말씀드려보겠습니다.

오늘 저희의, 제가 소개해 드릴 성과는 고체 물질 속에 전자가 아마 있을 텐데 그 전자들 간의 소위 물리학적 개념으로 양자거리라는 걸 완전하게 측정에 성공했다는 내용입니다.

지금 보시는 이 화면이 저희가 그 내용을 간략하게 표현을 해본 그림이라고 보실 수가 있는데요. 지금 노란 공으로 표현된 것이 고체 안에 전자라고 보시면 되고, 그다음에 거리를 측정했다는 걸 직관적으로 표현하기 위해서 지금 보시는 것처럼 자로서 길이를 재는 것으로 이렇게 표현해 봤습니다.

내용은 사실은 조금 더, 좀 더 세부적인 사항들이 있는데요. 먼저 우리가 어떤 거리라는 개념에 대해서 생각을 해볼 때 우리 인간의 신체에서 가장 얇은 거, 작은 거리라고 생각할 수 있는 거로 대표적으로 지금 보시는 이런 머리카락 같은 것들을 많이 생각하게 됩니다.

머리카락의 실제 길이는 이렇게 현미경으로 확대해서 측정해 보면 대략적으로 약 100μm?정도입니다. 100μm니까 1m의 1만 분의 1 정도 된다, 이렇게 가늠해 보시면 되는데 제가 지금 말씀드리는 그 미시세계라고 하는 것은 이 머리카락보다 100만 분의 1 작은, 그 정도 세계에 가면 모든 것들이 원자로 구성되어 있다는 걸 아마 잘 알고 계실 텐데 지금 보여드리는 것과 같은 이 원자의 크기의 세계에 해당합니다. 나노미터라는 단위로 하면 0.1nm 정도 되고요.

이런 세계의 물리학 법칙은 우리 주변에 마치 야구공이 날아가는 것을 기술하는 것과는 조금 다른 법칙이 적용됩니다. 그래서 소위 말하는 양자역학을 이용해서 입자들의 행동을 저희가 정확하게 예측하고 기술할 필요가 있는 거고요.

그런데 이제 이 원자 크기에서의 거리라고 하면 마치 아주 작은 스케일에서 직접 거리를 잰 것처럼 생각될 수 있지만 한 가지 조금 더 복잡한 요소가 지금 원자 모형을 제가 보여드린 것을 보시면 가운데 원자핵의 경우는 그래도 좀 크기가 있어서 이런 성질이 적지만, 양자역학적 성질이 적지만 지금 이 원자에 들어가 있는 전자를 보통 구름이라고 표현을 하든지 아니면 파동이라고 표현을 합니다.

그 이유가 이런 미시세계에서는 이 전자들이 어떤 공간에 퍼져 있는 파동처럼 생각되어져서 그들이 어디에 있다, 라고 말하기가 어려워지는 거죠. 그러다 보니까 어디에 정확히 있는지 모르는 전자의 거리라는 것을 상당히 직관적으로 납득하기 어려운 개념이 될 수 있습니다.

그런 맥락에서 제가 지금 말씀드리는 양자거리라는 것은 엄밀하게 말하면 어떤 두 위치 간의 간격으로서의 거리하고는 조금 다른 개념이 됩니다. 그래서 이런 미시세계, 양자역학의 세계에서는 제가 지금 써놓은 말과 같이 양자거리라는 것이 무얼 말하냐면 이 고체 속 전자들이 갖고 있는 양자역학적 유사도라고 말씀을 드릴 수 있겠습니다.

그러니까 거의 파동이 똑같이 생겼으면 같은 거니까 양자거리가 매우 작은 거라고 말씀드릴 수 있고, 완전히 다른 형태를 가지고 있으면 양자거리가 굉장히 멀다, 이렇게 표현을 할 수 있는 새로운 체계를 물리학자들이 도입을 한 것이고요.

그 내용을 간단하게 말씀드리기 위해, 조금 복잡하지만 제가 최대한 간단히 말씀드려 보면 지금 제가 검은색 공으로 표현한 게 물질의 대표적 예라고 보시면 되고, 그럼 저 물질을 구성하는 원자, 원자들이 검은색 구인데 거기에 전자 파동을 노란색으로 제가 표현을 해놓은 겁니다.

그럼 왼쪽 그림하고 오른쪽 그림 2개가 있고, 이게 보시면 전자 파동이 다르지 않죠. 이렇게 어떤 전자 파동의 향한 방향 이런 것들도 다르지 않으면 이런 거더러 우리가 양자거리가 가장 작다고 그러고 최솟값 0으로 표시하고, 또 이 스피어는 제가 짧은 시간에 말씀을 다 드리기가 어려워서 그냥 물리학자들이 쓰는 기호라고 생각해 주시면 편합니다.

그래서 왼쪽과 같은 이 전자의 양자 상태를 빨간색 화살표로 표시를 한다, 이렇게 보시면 이거와 달리 이런 그림은 전자 파동이 하나는, 왼쪽 거는 위를 향하고 있고 오른쪽은 아래를 향하고 있습니다. 이런 전자 파동의 형태가 가능한데 이런 경우는 양자역학적 유사도가 가장 낮은 경우라 물리학자의 기호로 말씀을 드리면 저렇게 파란색 반대 화살표로 나타내고 이런 경우가 양자거리가 최댓값 1이 되겠습니다.

그래서 요약해서 다시 말씀드리면 양자거리라는 것은 이 물리학에서 양자세계에서 양자역학적 유사도를 의미하는 개념이다, 이런 말씀을 드릴 수 있겠습니다.

아마도 그다음 질문은 이 방금 말씀드린 양자거리가 그럼 중요한 거냐? 이런 질문이 드실 수도 있는데요. 사실 이 양자거리의 중요성은 다양하게 설명을 드릴 수 있지만 저는 오늘 그냥 한 예로서 최근 굉장히 각광받고 있는 양자컴퓨팅의 개념으로 말씀드려 보고자 합니다.

그래서 다 아시는 것처럼 통상적인 컴퓨터라는 건 비트를 쓰고 비트라고 하는 것은 0과 1을 만드니까 제가 방금 보여드렸던 물리학자의 기호에 빗대서 말씀드리면 지금 위쪽과 아래쪽 두 가지 지점을 0과 1로 정의해서 사용하고 있다, 이렇게 말씀드릴 수 있는데 우리가 양자컴퓨터라는 것은 소위 큐비트라는 걸 씁니다. 그래서 지금 0과 1만 쓰는 게 아니라 이 구의 모든 방향을 가리키는 걸 다 우리가 정보로서 이용할 수가 있다, 이렇게 이해하시면 되고요. 그러다 보니까 조금 더 효율성이 높고 고속 연산도 가능하고, 이런 식으로 간략하게 이해하시면 되는데요.

제가 방금 말씀드렸던 이전 페이지에서 양자거리를 설명할 때 보여드렸던 구가 지금 보여드리는 구와 정확히 같은 겁니다. 그래서 지금 거리의, 이런 구상의 거리를 우리가 만약에 잴 수 있다면 이런 것이 양자역학적 유사성을 의미하는 게 되고, 바로 양자거리를 재는 게 되기 때문에 양자거리를 잰다는 것은 어떻게 보면 이런 양자컴퓨터를 비롯해서 대부분의 양자기술, 양자센싱 등에 폭넓게 활용을 할 수 있는 그런 기초 기반적 기술이다, 이렇게 말씀을 드릴 수 있겠습니다.

뿐만 아니라 저희가 연구하는 건 양자물질이라서 최근에는 제가 그 내용을 다 담지는 않았지만 양자물질의 여러 양자 현상, 그러니까 광학적 특성, 전도적 특성, 그리고 초전도와 같은 성질도 양자거리를 바탕으로 우리가 조금 더 잘 이해할 수 있다는 게 알려지고 있기 때문에 저희가 이 양자거리가 소위 고체물리학계에서 상당히 각광받고 있는 개념이다, 이렇게 말씀드릴 수 있겠습니다.

기존 연구가 이렇게 중요하니만큼 당연히 물리학자들의 관심은 모였고, 상당히 최근에 관심이 많이 모였습니다. 특히나 최근에는 실험으로 저 양자거리를 정확하게 측정할 수 있느냐? 이것이 고체물리학계의 화두였는데, 최근에 가장 가까운 기존 연구로서 말씀드릴 수 있는 것이 이번 연구는 저와 함께 공동 교신 저자이신 서울대학교 양범정 교수님, 이론을 하시는 분입니다. 그분이 미국의 MIT대학의 코민이라는 교수 실험그룹과 공동연구를 통해서 아래 제가 써놓은 것처럼 이론적 근사법을 이용해서 뒤에서 보여드리겠지만 양자거리의 핵심 요소가 세 가지인데 그중의 한 개를 간접적으로 측정한 사례가 Nature Physics에, 온라인에는 작년 말에 보고가 됐는데 올 초에 정식 게재가 되었습니다. 그래서 올 초에 이런 연구 사례가 하나 정도 있고요.

저희 연구 사례... 저희 연구 결과는 이 사례에 이어서 이런 간접적인 측정을 극복하고 보다 직접적으로 모든 핵심 요소를 완전하게 측정하는 거다, 이렇게 말씀드릴 수 있겠습니다.

저희가 측정에 사용한 물질부터 간략히 소개를 드릴 텐데요. 이거는 조금 그냥 배경지식이라 빨리 말씀을 드리면 저희는 흑린이라고 저희가 부르는 물질을 썼고, 저게 한자라서 한국말로 표현해 보면 검은 인이라고 부르기도 합니다.

그래서 흑린이 이렇게 아주 유명한 물질은 아닌데 보다 더 잘 알려져 있는 거는 저 아래에 있는 백린이라는, White Phosphorus라는 물질이 말 그대로 폭약에 많이 사용한, 그래서 잘 알려져 있는 아주 불안정한 물질이고요.

이거를 온도를 가하면 이게 빨간색으로 변하는데 이 적린이 잘 아시는 성냥 머리에 있는 게 다 저거입니다. 그래서 조금만 마찰을 가해도 열이 발생하면서 불이 나게 되는 그런 거고, 더 온도를 올리면 자색 빛을 띠게 되어서 이렇게도 이야기를 하는데 이 물질을 압력을 가해 주면 마치 숯 같이, Graphite 같이 이렇게 검정색의 형태로 변하는데 이 물질은 백린, 적린과는 달리 매우 안정적입니다. 흑연이 반응성이 크지 않잖아요. 마찬가지로 이런 흑린, Black Phosphorus라고 불리는 물질은 굉장히 안정적인 물질을 이루게 되고, 이 물질의 특징은 이차원 순물질로서 그래핀이 대표적으로 잘 알려져 있는데 그래핀은 카본 원자로 구성된 이차원 순물질이고, 흑린이라는 것은 Phosphorus 원자로 구성된 이차원 순물질이라 사실은 물리학자들이 매우 좋아합니다. 그 이유는 아주 단순하기 때문입니다.

그래서 저희가 이용하는 여러 이론적인 해석 같은 게 비교적 잘 맞아들어간 그런 물질이라고 말씀드릴 수 있고요. 이런 단순한 조성과 대칭 구조 덕분에 그렇다고 말씀드릴 수 있겠습니다.

이번 연구 성과는 아까 앞서 소개해 주신 바와 같이 이론 그룹과 실험 그룹의 어떤 공동 연구 성과라고 말씀드릴 수 있는데요. 저희 그룹, 연세대학교의 저희 그룹이 실험 파트를 맡았고 서울대학교의 양범정 교수님 그룹에서 이론을 담당해서 저희가 협력해서 얻은 연구 성과입니다.

조금 배경을 말씀드리면 양범정 교수님 그룹에서 양자거리를 지난 한 5년간 꾸준히 연구를 해오셨고요. 그래서 2020년에, 사실 저건 이론 논문이지만 양자거리 측정법을 이론적으로 제시하는 논문을 통해 Nature에 논문을 내신 바가 있었고, 방금 전에 소개해 드린 것처럼 올 초에 Nature Physics에 MIT 그룹과 공동 연구를 해서 간접적 측정을 보고하기도 하셔서 일종의 양자거리 이론에 상당한 전문성을 보유한 그룹이다, 이렇게 말씀드리겠고요.

저희 그룹은 이 연구에 사용한 물질이라고 소개해 드린 흑린을 저희는 지난 10년간 꾸준히 연구를 해왔습니다. 그래서 2020년도에는 흑린의 전자 위상차 같은 것을 측정해서 Nature Materials에 보고하기도 했고, 작년에 저희가 전자 결정이라는 것을 흑린에서 발견해서 또 Nature에 보고를 하기도 했습니다. 그런 맥락에서 저희 그룹은 실험을 통한 흑린의 전자 상태에 대한 측정에 전문성을 가꾸어 왔던 그런 그룹이라고 소개를 해드리겠습니다.

그래서 이 두 그룹이 만나서 저희가 말씀드리는 것처럼 이번 연구의 키워드라 할 수 있는 양자거리를 흑린이라는 물질의 전자 상태에 대한 측정을 바탕으로 알아내는 그런 연구를 수행한 것입니다.

저희가 쓴 것 중에 하나가 방사광가속기입니다. 실험을 조금 소개해 드리려고 하는데요. 방사광가속기는 다른 말로 해서 노벨과학상의 산실이라 해도 과언이 아니고요. 예를 들어 저희가 이번 연구에 사용했던 미국의 로렌스 버클리 국립연구소에 소재한 Advanced Light Source라는 방사광가속기는 미국의 저 연구소가 여태까지 노벨과학상 16개가 나왔는데 그중에 9개가 이 ALS 방사광가속기를 이용해서 나온 적이 있습니다. 저희도 이번 연구는 여기서 수행을 했고요.

근데 관련해서 한 가지 첨언의 말씀을 드리면 우리나라에도 포항 방사광가속기에 더해서 4세대라고 좀 차별성을 갖고 있는 오창의 방사광가속기가 지금 건립이 진행되고 있는데 이것이 완성되면 더 이상 미국에 나가지 않고도 우리나라에서 이걸 활용해서 오늘 소개해 드린 것과 같은 첨단 연구를 할 수 있는 거라고 생각이 들어 정말 기대가 큽니다.

이어서 말씀드릴 부분은 조금 더 구체적으로 제가 이용한 실험 테크닉인데요. 너무 디테일한 걸 말씀드리지 않겠지만 이름만 말씀드리면 '각분해광전자분광'이라고 불리는 테크닉입니다.

그래서 이 테크닉은 어떻게 저희가 양자거리 측정에 이용할 수 있었냐면 방금 소개드렸던 방사광가속기는 빛을 만드는 장치입니다. 아주 강한 빛을 만들고 또 우리가 편광 방향이라는 걸 자유자재로 제어할 수도 있습니다.

그런 맥락에서 저희가 이번 실험에서 빛의 진동 방향, 편광이라고 하는 것을 쉽게 설명해서 말씀드리면 진동 방향을 제어해 봤는데 지금 왼쪽 그림에 보시는 것처럼 수평 방향으로 진동하는 그런 빛을 쓰다가 이거를 바꿔서 오른쪽 그림에서 보여드리는 수직 방향으로 진동하는 빛, 이렇게 제어해서 실험을 하게 되면 아주 복잡하지... 복잡해서 제가 디테일로 들어가진 않지만 이 왼쪽에 보여드렸던 전자의 위상차 상태는 이 수평 방향의 진동 방향을 가지고 있는 빛으로만 관측이 가능하고 오른쪽 상태는 관측이 불가능합니다.

그리고 이 오른쪽의 빛의 진동 방향이 수직인 빛을 이용하면 이런 위상차가 정반대인, 즉 양자거리가 아주 먼 전자 상태만 관측이 가능하고 이 빨간색으로 대변되는 저런 전자 상태는 관측이 어려워서 이 트릭을 저희가 조금, 이 아이디어에 착안해서 각각 양자거리를 정확하게 측정할 수 있지 않을까, 이런 생각을 하게 되었고요.

요약해서 말씀드리면 양자거리가 저희가 알고 싶은 것인데 이것이 전자 간 위상차로 결정되는 거고 전자 간 위상차는 저희가 사용한 실험 테크닉인 각분해광전자분광의 편광 방향에 따른 신호 세기로서 관측을 할 수 있기 때문에 이런 이용, 방법들을 이용해서 양자거리를 처음 잴 수 있었다, 이렇게 말씀을 드리겠습니다.

그래서 이거는 그냥 최종 결과를 간단히 보여드리려는 건데요. 핵심 요소 아까 제가 세 가지라고 말씀드렸는데 이번에는 정확히 3개를 다 측정했고, 위쪽 줄이 이론에서 예측하는 바고 아래쪽 줄이 실험에서 저희가 측정한 결과인데, 보시는 바와 같이 아주 잘 일치하는 것으로 확인을 해서 저희가 양자거리 측정에 성공했다, 이렇게 확신을 할 수 있었습니다.

그리고 이거는 그냥, 사실 와닿는 게 있을 수는 없는 그림이긴 하지만 방금 말씀드린 양자거리의 핵심 요소 3개를 정확히 양자거리로 환산해서 표시를 하면 이와 같은 어떤 에너지에 따른 양자거리의 분포도 저희가 살펴볼 수 있어서 이런 것들이 저희 연구의 성과다, 이렇게 말씀드리겠습니다.

그래서 이제 한 2페이지 정도 남았는데요. 제가 이어서 마지막으로 말씀드리고 싶은 것은 결국은 이 양자거리 측정이 앞으로 어떻게 활용될 수 있느냐에 대해서 몇 가지 언급을 하고 싶은데, 그런데 사실, 사실 이런 새로운 측정방법에 대한 개발이 기초연구 성과이기 때문에 사실은 구체적으로 여기에 쓰인다, 하나만 단정해서 말하기는 어려운 반면, 그것에 적용될 수 있는 범위는 매우 넓다, 이렇게 말씀을 드릴 수 있겠습니다.

사실 제가 양자컴퓨팅의 예로 말씀드린 것처럼 양자기술에서 양자거리를 측정하는 것은 매우 필요한 것이기 때문에 저희가 이런 측정 기술을 발전시켜 나가면 양자기술, 양자컴퓨팅, 양자센싱 전반에 긍정적인 변화를 일으킬 수 있다고 생각하고요.

그걸 비유적으로 말씀드리면 이런 아주 복잡해 보이는 구조물을 우리가 정교하게 설계하는 데 있어서는 다들 아시는 것처럼 아주 정교한 측량법이 반드시 필요한 것처럼 현재 양자기술의 한 가지 한계라고 한다면 오류가 잦다는 것인데 앞으로 오류를... 오류가 없는 무오류 양자기술을 향해 나아감에 있어서 저희가 이번에 소개해 드리는 양자 측정 기술의 발전, 양자거리 측정 기술의 발전이 상당히 중요한 밑거름이 될 것이다, 이렇게 말씀을 드리겠습니다.

마지막 페이지입니다. 이게 향후 연구 방향으로서 또 넣어놓은 건데요.

사실 이거는 물리학적 관점에서 뭔가 새로운 물리학 연구라는 차원에서 이 연구의 의의를 말씀드리면 사실 이걸 제가 오늘 다 말씀드린 건 아니지만 고체 안에 있는 전자가 갖고 있는 위상이라는 수학적 개념, 이거 영어로 Topology라고 하는데 이것의 중요성을 깨달아서 2016년에 사실은 저 내용에 대해서 노벨 물리학상이 수여되기도 했습니다.

이거를 복잡하니까 제가 비유로 말씀드리면 수학에서 위상이라 함은 연속적인 변화에서 사실은 모양을 바꿔서 같게 만들 수 있다, 이런 개념이기 때문에 왼쪽에 보시는 커피컵에 구멍이 하나 뚫려 있고 도넛에도 구멍이 하나니까 저 둘은 위상적인 관점에서는 같은 거고, 그런데 구와 이런 피라미드도 같은 거죠.

그렇게 볼 수 있어서 이렇게만 전자 상태를 구분해 왔는데 저희의 이번 연구 결과가 사실 시사하는 중요한 점 중의 하나가 이 고체전자의 위상만 중요한 것이 아니라 그것에 또 대응되는 개념인 기하, 영어로 Geometry라는 것도 상당히 중요하다는 것입니다.

그래서 이것을 비유적으로 말씀드리면 피라미드 형태와 구와 이런 큐브 형태는 위상적인 관점에서는 같은 거지만 기하적 관점에서는 매우 다른 거고, 이것이 다르다는 게 어떻게 물질에 대한 이해에 도움이 되냐 하면 이 물질들이 갖는 근본적인 물성을 우리가 이런 기하적인 성질로 구분할 수 있다, 이렇게 소개를 해드릴 수 있겠습니다.

그래서 이것은 아직은 이 고체물리학에 상당히 미개척으로 남아 있는 분야이기 때문에 앞으로 이렇듯 많이 개척되지 않은 분야에 일종의 퍼스트 무버 연구에 도전해 나가는 것이 우리나라 물리학 연구에 굉장히 필요한 부분이 아닌가 해서 그런 방향으로 계속 노력해 보려고 합니다.

여기까지 말씀드리겠습니다. 감사합니다.


[질문·답변]
※마이크 미사용으로 확인되지 않는 내용은 별표(***)로 표기하였으니 양해 바랍니다.

<질문> 제가, 제 질문은 정확하... 양자 내용과 다르게 표현에 관해서 질문을 드리고 싶은데 거리라고 말씀하신 게 사실 저희가 보통 유사성이나 닮았는가, 라고 말할 수 있는데 '거리'라는 단어를 굳이 쓴 게 교수님 연구를 하시면서 그 단어를 채택해서 쓰신 건지 아니면 원래 그거라서 그런 건지, 또 왜 그걸 거리라고 표현하셨는지 궁금합니다.

<답변> (김근수 연세대 물리학과 교수) 제가 사실 약간 예상했던 질문인데 아주 중요한 질문이시기도 하고, 또 설명이 정말 어려운 질문이기는 합니다. 그런데 일단은 첫 번째 말씀드릴 점은 '양자거리'라는 표현은 저희가 만든 건 아니고요. 이론물리학적으로 예전부터 쓰여왔던 것이고, 사실 물리학자들이 저걸 거리라고 부르는 이유가 있습니다. 말씀하신 취지처럼 사실 그 내용을 들여다보면 저걸 왜 꼭 거리라고 불러야 될지 모르겠다, 이런 생각이 드실 텐데 제가 사실은 100% 이해, 이 짧은 시간에 이해시킬 자신은 없지만 이 질문에 대해서는 저희의 정확한... 좀 어려운 내용을 포함해서 말씀을 드리면 지금 저 구로 표현한 게 소위 거리의 역수 공간에 대해서 풀어서 한 것입니다.

그래서 그런 역격자 공간이라고도 하고 아니면 다른 말로 모멘텀 공간 이렇게, 그러니까 운동량 공간 이렇게 표현할 수도 있는데요. 저희가, 제가 이 다음 페이지에서 말씀드린 것처럼 양자거리라는 개념이 유사성이 결국은 이런 거리의 역수 공간에서의 거리로 환산되기 때문에 역수 공간에서 거리라면 사실은 그걸 다시 역수로 취하면 또 거리가 되는지라 정확히 단위는 거리가 맞습니다.

그래서 물리학적으로, 우리 인간의 어떤 경험칙상 직관에 와닿지는 않으나 정확히 단위는 거리 단위가 맞기 때문에 물리학자들은 그런 표현을 사용한다, 이렇게 말씀을 드리겠습니다.

<질문> ***

<답변> (김근수 연세대 물리학과 교수) 맞습니다, 예. 맞습니다. 그래서 특히나 그냥 간단하게 거리라고만 하면, 그러니까 우리가 짧은 거리를 잴 수 있는 기술이 점점 발전해서 정말 짧은 거리를 더 잴 수 있게 되었나 보다, 저도 이렇게 인식할 가능성이 높다고 생각했습니다.

그런데 조금 이런 부분들을 알고 계시는 분들이라면 미시세계에 가면 파동적으로 퍼지기 때문에 입자들이, 사실은 거리를 잰다는 게 조금 난해한, 그러니까 모호한 개념이 되거든요. 그렇다고 한다면 저희가 양자역학에서는 왜 양자거리라는 걸 좀 달리 정의하는지를 소개할 수도 있는데 어려운 내용이라는 거에는 동의합니다.

<질문> 설명을 잘 들었지만 여전히 어려운 것 같은데요. 일단 양자거리를 잰다는 게 전자 2개 딱 짚어서 유사도를 측정한다, 라고 보면 되는 거죠?

<답변> (김근수 연세대 물리학과 교수) 예, 그렇게 보시면 됩니다.

<질문> 그 전자 2개가 그러면 한 원자에게 붙어있는 전자 2개인가요? 아니면 물질, 아까 그 흑린이라는 게 있으면 서로 다른 원자에게 전자를 측정하는...

<답변> (김근수 연세대 물리학과 교수) 맞습니다. 역시 정말 나올 법한 질문이 나왔... 이게 어떻게 말씀을 드려야 되냐면 원자로 전... 원자에 붙어있는 전자라고 이해하면 말씀처럼 원자 하나당 붙어있는 전자 이렇게 생각할 수 있는데 저희가 그렇게 표현을 못 드린 이유는 고체의, 고체를 이루고 있는 원자의 전자이기 때문입니다. 그래서 고체를 이루게 되면 그 전자들이 서로 결합을 해서 사실은 어떤 원자에 붙어있다, 를 정확히 말하기가 어려워집니다. 그래서 우리 물리학자들은 그런 표현을 잘 안 쓰고 있는 거고요.

근데 사실은 간단하게 이해하기 위해서 돌아가고 돌아가 보면 저는 그 표현이 완전 틀렸다고 생각하진 않습니다. 정확히 원자 개수만큼의 전자가 있고 그 전자 간의 양자거리에 대해서 우리가 이야기하고 있는 건 맞거든요. 어떤 전자가 어떤 원자 거다, 이 말을 못할 뿐입니다. 그렇기 때문에 사실은 대응은 되는 개념이다, 이렇게 말씀드리겠습니다.

<답변> (사회자) 그러면 추가로 질문이 없으시면 브리핑을 마치도록 하겠습니다. 혹시 보시다가 질문이 더 있으시면 교수님께 따로 브리핑 후에 이야기를 하시기 바랍니다.

오늘 브리핑의 보도 시점은 6월, 내일 6월 6일 금요일 새벽 3시입니다. 국제 엠바고가 적용되는 만큼 보도 시점까지 가판, PDF, 온라인 방송 등에 사전 노출되지 않도록 유의해 주시기 바랍니다. 바쁘신 일정 중에도 연구 성과 브리핑에 참여해 주신 모든 분들께 감사드립니다.

<답변> (김근수 연세대 물리학과 교수) 감사합니다.

<끝>