‘양자역학 기본 원리’, 100여년 만에 실험 검증 완료한 연구진
좌) 조민행 IBS 분자분광학 및 동력학 연구단 단장(화학과 교수) 우) 윤태현 연구위원(물리학과 교수)
국내 연구진이 100년 만에 '양자역학' 난제 해결 실마리를 찾았다. 지난 19일 기초과학연구원(IBS)은 분자분광학 및 동력학 연구단 조민행 연구팀장·윤태현 연구위원 연구팀이 양자 물체의 정량적 상보성을 실험적으로 검증했다고 밝혔다.
1982년 덴마크 물리학자 닐스 보어는 양자물질이 입자와 파동의 특징을 함께 갖고 있다는 '상보성의 원리'를 제시했다. 하지만 입자와 파동의 배타적 특성 때문에 그간 두 가지 특성을 한 가지 실험 장치에서 동시에 관찰하기 어려웠다. 가설은 있었지만 이를 눈으로는 확인하지 못했다.
연구팀은 기존 측정 시스템과 달리 실험적으로 양자 물체의 얽힘 정도를 조절할 수 있는 ‘얽힌 비선형 광자쌍 광원’(ENBS)을 개발했다. 이후 실험을 통해 양자 물체의 입자성과 파동성의 상호 연관과 둘 사이 정량적 관계가 존재함을 입증했다. ‘설’이 ‘실재’한다는 걸 확인한 것이다. 상보성의 원리가 처음으로 제시된 이후 약 100년 만에 입자-파동 상보성의 정량적 관계를 측정했다는 점에서 학술적 의미가 크다.
ENBS 복합시스템
윤태현 연구위원은 “반도체, LED 등 다양한 산업에서 양자현상을 활용하고 있는데 그 밑바닥에는 입자성과 파동성이라는 특성이 있다”며 “그동안 두 가지 특성이 동시에 나타남을 확인하고, 이를 조절하면서 정량적으로 측정한 실험은 없었다”고 설명했다. 이어 “이번 연구에서 제안·검증한 양자 복합시스템 실험장치를 이용하면, 아직까지도 미지의 영역으로 남아있는 여러 양자역학적 난제를 해결할 실마리를 찾을 수 있을 것”이라고 말했다. 조민행 단장은 “앞으로 IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단은 새롭게 제안한 양자 얽힘 장치를 이용하여 양자역학의 신비로운 특성들을 좀 더 깊게 연구할 예정”이라고 밝혔다. 이번 연구결과는 국제학술지 "SCIENCE ADVANCES" 2021년 8월 19일 온라인판에 게재되었고, 2021년 9월 1일 Physics World에 소개되었으며, 2021년 Physics World Top 10 Breakthrough로 선정되었다.
https://advances.sciencemag.org/content/7/34/eabi9268
https://physicsworld.com/a/wave-particle-duality-quantified-for-the-first-time/
출처: 김재유, '‘양자역학 기본 원리’, 100여년 만에 실험 검증 완료한 고려대 연구진', 인사이트, 2021.08.20