과학기술정보통신부는 김근수(사진) 연세대 교수 연구팀이 국제 공동연구를 통해 고체 물질 속에서 빛으로 관측할 수 없는 ‘암흑 전자’의 존재를 세계 최초로 규명했다고 29일 밝혔다. 이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 피직스’에 게재됐다. 자연에는 빛을 흡수하거나 방출하지 않아 관측이 어려운 암흑 상태가 존재한다. 지금까지 발견된 암흑 상태의 전자는 원자나 분자에 존재했는데, 일반적으로 원자들이 규칙적으로 배열된 고체 물질 속의 전자는 암흑 상태로 존재하는 게 불가능하다고 여겨졌다.
그러나 연구팀은 같은 종류의 원자가 한 쌍으로 대칭을 이룰 때 발생하는 양자 간섭을 연구하던 중, 이를 두 쌍으로 확장하면 어떤 조건에서도 관측이 불가능한 암흑 상태의 전자가 존재할 것으로 추정했다. 이에 연구팀은 방사광가속기를 활용해 고온초전도체 구리 산화물에서 관측할 수 없었던 전자가 암흑 상태에 해당함을 밝혀내는 데 성공했다. 고체 물질 속에서도 전자들이 암흑 상태로 존재할 수 있음을 규명한 세계 최초 사례다. 이는 인류가 아직 정복하지 못한 여러 난제 해결의 실마리를 제시할 수 있을 것으로 보인다. 김 교수는 “현대 물리학의 오랜 난제인 고온초전도의 비밀을 푸는 데 도전할 것”이라고 밝혔다.
임송수 기자 songsta@kmib.co.kr