원자핵이 레이저를 바로잡는 시계 구현…최고 원자시계 추월은 아직

유럽 연구진이 원자핵의 반응을 이용해 레이저의 어긋남을 자동으로 고치는 핵시계를 구현했다.

10월 7일 발표된 실험실 시제품이며, 현재 가장 정확한 원자시계를 넘어섰거나 암흑물질을 발견했다는 뜻은 아니다.

핵의 반응을 읽고 다시 레이저를 조절한다

핵심은 유망한 원자핵 반응을 관찰하는 데서 실제 시계 제어로 나아간 점이다. 연구진은 토륨-229를 넣은 작은 결정을 특정 자외선 레이저로 비췄다. 주파수가 맞으면 핵이 빛을 흡수하고 어긋나면 반응이 달라진다. 그 차이를 읽어 레이저를 다시 조절하는 되먹임을 만들었다. 원자핵이 눈에 보이는 초침처럼 움직인다는 뜻은 아니다.

상온 결정 안에서 작동했다

Nature 원문은 상온의 밀리미터 크기 불화칼슘 결정과 약 148나노미터 파장의 빛을 설명한다. TU Wien은 개입 없이 24시간 넘게 안정적으로 작동했다고 밝혔다. 작동 시간은 장치가 지속해서 기능했는지를 보여 준다. 시계끼리 비교할 때 필요한 안정도와 정확도는 별도 지표이므로, 하루 작동했다는 사실만으로 최고 정확도 기록을 선언할 수 없다.

원자시계와 무엇이 다른가

일반적인 정밀 원자시계는 원자 주위 전자의 상태 변화를 기준으로 삼는다. 핵시계는 원자핵의 상태 변화를 이용한다. 핵은 외부 영향에 덜 민감할 가능성이 있어 연구 대상이 됐다. 그러나 APS의 독립 전문가 설명은 현재 성능이 최고의 원자시계에 아직 못 미친다고 분명히 한다. 같은 시기에 중국 연구진도 다른 설계의 핵시계를 발표했지만, 두 장치의 조건과 성능을 섞어 하나의 결과처럼 쓰면 안 된다.

물리학 검증 도구가 될지는 후속 실험이 답한다

유럽 연구진은 외부 원자시계와 비교해 암흑물질 이론에서 예상하는 변화도 찾았다. 그런 변화가 확인됐다는 결론은 나오지 않았다. 자기 조절은 외부 지원 장비가 모두 필요 없어졌다는 뜻도 아니다. 다음에는 다른 장치와의 비교, 주변 영향에 따른 오차, 더 긴 작동과 개선을 확인해야 한다. 이 글은 최근 재소개를 계기로 원문을 대조했으며 실험 발표일을 오늘로 바꾸지 않았다.

원자료와 독립 확인

원자료: 발표일·결과·방법 확인: Nature

원자료: 발표일·결과·방법 확인: TU Wien

독립 확인: 발표·측정값과 적용 범위 대조: American Physical Society

독립 확인: 발표·측정값과 적용 범위 대조: ABC Science

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