Link:INB Home|INB English| INB русский язык|INB العربية|INB Türkiye|INB فارسی|INB Español|INB Français|INB Português|INB Deutsch|INB 國語|INB 中文|INB 日本语|INB 한국어|INB ภาษาไทย|INB tiếng Việt||[뉴스] 교과서에만 나오던 ‘양자반사’ 효과 실험으로 증명
INB 한국어 포럼
(산업 및 기본 과학자)에 오신 것을 환영합니다 여기에 산업 시대는 원시 생물 정신 과학자와이 네트워크 공간을 통해 당신과 내가 둘 다 미친 실험실에 온, 투지로 가득하다. 홈 INBforum.com, 영구 이름 :twtmo.forums2u.com
INB 한국어 포럼

(산업 및 기본 과학자)에 오신 것을 환영합니다 여기에 산업 시대는 원시 생물 정신 과학자와이 네트워크 공간을 통해 당신과 내가 둘 다 미친 실험실에 온, 투지로 가득하다. 홈 INBforum.com, 영구 이름 :twtmo.forums2u.com


You are not connected. Please login or register

《《《《《《《上一页INBforum   Go down

上一页INBforum》》》》》》》이전 주제 보기 다음 주제 보기 Go down  메시지 [페이지 11]

1 [뉴스] 교과서에만 나오던 ‘양자반사’ 효과 실험으로 증명 on Tue Apr 19, 2011 4:25 pm

Admin


Admin
BY [You must be registered and logged in to see this link.] l 2011.02.18


조범석 FHI 연구원 헬륨으로 연구 <사이언스> 보고


바닥에 떨어져 깨지지 않고 양자반사하는 현상 관찰







[You must be registered and logged in to see this image.]


달걀이 바위에 떨어져 깨지는 것은 달걀 껍질을 구성하는 분자들의 결합이 충격력에 의해 떨어져 나가기 때문이다. 반면 양자역학이 작용하는 미시세계에서는 물질이 바닥에 떨어져도 분자 결합이 깨지지 않고 퉁겨나올 수 있다고 과학자들은 예견했다. 그러나 교과서에 나오는 이 양자효과는 직관에 반하는 현상으로 여겨졌을 뿐 실제 생활에서 관측되리라고 기대하는 과학자들은 많지 않았다.


독일 막스플랑크연구회 산하 프리츠하버연구소(FHI)의 조범석(36) 분자물리학부 연구원은 17일 헬륨 분자 두 개가 뭉쳐 있는 ‘헬륨 이합체’를 회절격자(에돌이발)에 충돌시키자 깨어지지 않고 온전하게 반사돼 나오는 현상을 관측했다고 밝혔다. 연구논문은 과학저널 <사이언스> 17일치(현지시각)에 실렸다.


조 박사 연구팀이 사용한 헬륨 이합체는 현재까지 알려진 물질 가운데 결합에너지(헬륨 이합체를 두개의 헬륨 원자로 깨는 데 들어가는 에너지)가 가장 작은 분자이다. 이 결합에너지는 수소 분자의 결합에너지보다 1억5천만 배나 작다. 연구팀은 헬륨 분자를 포함한 분자빔을 만들어 유리에 얇은 알루미늄을 코팅한 회절격자(에돌이 발·diffraction grating)에 충돌시켰다.


이 과정을 분석해보면, 먼저 헬륨 이합체가 고체 표면에 닿기 전까지는 이른바 ‘반데르발스힘’에 의해 표면에 끌리는 힘을 받는다. 곧 표면에 가까워질수록 위치에너지가 낮아지고 이 에너지는 분자의 진동에너지로 바뀐다. 이런 현상이 일어나는 포텐셜 우물(potential well·전위 우물)의 깊이가 헬륨 분자의 결합에너지보다 1만배 이상 크기 때문에 헬륨 분자가 고체 표면 근처의 전위 우물을 지나게 되면 큰 진동에너지를 얻어 결합이 깨질 것이, 고전역학 측면에서는 확실할 것으로 예상된다.


그러나 일부 헬륨 분자는 전위 우물에 들어가기 전에 온전한 채로 퉁겨 나온다. 이를 ‘양자 반사(quantum reflection)’라 부르며, 이 현상은 고전역학에는 위배되지만 양자역학의 예측에는 완전히 일치하는 것이라고 조 박사는 말했다.

[You must be registered and logged in to see this image.]

그림. 헬륨 이합체가 전위 우물에 들어가기 전에 표면과 수십 나노미터 떨어진 거리에서 반사되는 것을 표현한 것. 지름 4㎝의 탁구공을 헬륨 원자라고 하면 헬륨 이합체는 두개의 탁구공이 2m 정도 떨어져서 아주 약한 자석 정도의 힘으로 간신히 결합돼 있는 형태다. 이런 이합체가 양자반사에 의해 표면에서 약 20m 떨어진 위치에서 반사된다. 만약 양자반사가 일어나지 않고 표면에 더욱더 접근해 헬륨 이합체를 이루는 헬륨 원자 하나가 에너지의 계곡에 들어가면서 속도가 증가하면, 약한 자석의 결합은 더이상 두 개의 헬륨 원자를 하나의 이합체로 유지할 수 없다.





양자반사는 2001년 일본 전기통신대의 시미즈 후지오 교수가 처음 관측했다. 양자반사는 표면에 접근할 때 에너지가 아주 낮아야 일어난다. 스미즈 그룹은 이를 위해 레이저 냉각법으로 아주 차갑고 느린 원자를 이용했다. 그러나 헬륨 이합체는 레이저 냉각기술을 적용할 수 없기 때문에 조 박사팀은 헬륨 이합체를 포함한 분자빔을 표면과 거의 평행하게 입사시키는 방법(스침각 입사·grazing incidence)으로 속력을 느리게 만들었다. 이렇게 하면 표면에 수직인 속도 성분 곧 표면으로 다가가는 속력을 아주 작게 만들 수 있다.


조 박사는 “양자반사는 원자와 분자가 양자역학적 파동의 성질을 지닌 데 기인한다”고 말했다. 모든 물질은 빛과 마찬가지로 입자와 파동의 성질을 모두 갖는데 원자나 분자처럼 질량이 작을 때면, 곧 에너지가 낮은 때면 파동의 성질이 더 강하게 나타나기 때문에 헬륨 분자의 일부가 반사돼 나왔다는 것이다. 빛이 라디오파같은 전자기파가 서로 굴절률이 다른 두 물질(예로 공기와 물 또는 공기와 유리)의 경계면에서 일부 반사되는 것과 마찬가지로 헬륨 분자도 전위 우물에 들어가기 전에 일정한 확률로 반사될 수 있다.


[You must be registered and logged in to see this image.]조 박사는 “표면에서 분자를 당기는 인력(attractive potential)을 벼랑에 비유하면 고전역학 입장에서는 헬륨 분자가 이 벼랑으로 떨어져 버리지만, 양자역학에서는 분자의 에너지가 충분히 낮다면 분자가 벼랑 끝에서 반사돼 나올 수 있다”고 설명했다.


그는 “1차원 전위 우물의 끄트머리에서 물질파가 반사되는 확률을 계산하는 것은 물리과 학부생들이 듣는 양자역학 수업에서 다뤄지고 있다”며 “그러나 이런 효과는 직관에 반하는 현상으로만 여겨져 왔다”고 말했다. 그는 “양자역학에는 아인슈타인이 ‘유령 작용’이라 언급한 먼거리 물질 사이의 양자적 얽힘(entanglement)이나 터널링(양자역학에서 운동에너지가 퍼텐션 장벽보다 작아도 장벽을 뛰어넘는 것)처럼 기묘한 현상들이 많다”며 “가장 부서지기 쉬운 분자가 고체 표면에서 몇 나노미터(10억분의 1미터)에서 수십 나노미터 떨어진 거리에서 온전하게 반사되는 것도 이런 현상의 하나”라고 말했다. 조 박사는 서울대 화학과 94학번의 국내 박사 출신으로 독일에서 박사후과정을 하고 연구원으로 근무 중이다.]

사용자 정보 보기 http://kr.inbforum.com

上一页INBforum   Go down

上一页INBforum이전 주제 보기 다음 주제 보기 위로  메시지 [페이지 11]

Permissions in this forum:
답글을 올릴 수 없습니다

Copyright ©2009-2010 LTD Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported License.

IT:SINGLESERVGoogle谷歌翻译TranslateFORUMSOFTLAYERGoogle谷歌广告联盟AdSenseAsia

 

Free forum | © PunBB | Free forum support | 연락하기: | Report an abuse | www.sosblogs.com