곰벌레는 지구에서 가장 강력한 내성을 지닌 생명체로 유명하다. 절대영도에 가까운 영하 272℃부터 물 끓는 점을 웃도는 150℃까지 극한의 온도에서 살아남고 극도의 탈수 상태에서도 세포질을 유리화해 세포 형태를 유지하기 때문. 또 고선량의 방사선을 견딜 수 있어 우주 공간에서 열흘 넘게 살아남은 사례가 보고되기도 했다. 지금까지 지구에서 알려진 어떤 다세포 생명체도 물곰으로도 불리는 이들 완보동물에 맞먹는 내성을 지니고 있지 않다. 그런데 최근 이들 생명체의 극강 내성에 숨겨진 비밀에 근접한 연구가 진행돼 관심이 쏠리고 있다. 곰벌레의 DNA는 특수 단백질로 보호돼극단적인 온도와 방사선은 생물의 DNA를 파괴한다. 하지만 몸길이 50㎛(1㎛는 1m의 100만분의 1)~1.7㎜로 현미경으로 봐야 보이는 다리 8개의 무척추동물인 이들 곰벌레는 수분이 없는 곳에서 탈수 상태가 돼도 ‘툰’(tun)이라는 가사 상태가 됨으로써 살아남을 수 있다. 툰 상태에서는 세포질이 앞서 설명한 바와 같이 유리화돼 건조 상태에 강해지고 DNA는 손상 억제(damage-suppressor·이하 Dsup) 단백질이라고 부르는 특수 단백질로 감싸여 높은 내성을 갖는다. 2016년 연구자들이 곰벌레의 이런 내성 유전자(Dsup)를 인간 세포에 이식함으로써 세포의 방사선 내성을 극적으로 높이는 데 성공했지만, Dsup이 어떤 구조로 DNA를 보호하는지 그 상세한 분자 메커니즘은 풀리지 않았다. 특수 단백질이 DNA에 ‘전기 실드’ 제공그래서 스페인의 연구자들은 Dsup과 DNA의 상호작용을 슈퍼컴퓨터를 이용해 시뮬레이션했다. 그런데 의외의 사실이 드러났다. 이는 곰벌레의 특수 단백질(Dsup)이 DNA에 ‘정전 차폐’(electrostatic shielding·전기 실드)를 제공한다는 것이다. 정전 차폐는 어떤 공간을 외부 힘의 장으로부터 차단하거나 내부 힘의 장을 외부와 차단하는 것을 말한다. 이들 연구자는 며칠에 걸친 슈퍼컴퓨터의 연산 끝에 Dsup가 ‘기본적으로 무질서’하며, ‘높은 유연성’을 갖추고 있는 것을 확인했다. 이런 무질서함과 높은 유연성 덕분에 Dsup은 위 이미지와 같이 DNA 형태에 딱 맞게 결합할 수 있었다. 중간의 붉은 선이 DNA로 그 주위에 Dsup 2개가 둘러싸고 있다. 또 Dsup의 결합에 의해 DNA의 주위에는 특수한 전기력선들을 형성하는 것으로 나타났다. 이 전기력선들이 정전 차폐가 돼 방사선이나 자유라디칼(활성산소)로부터 DNA를 전기적으로 차폐하고 있는 것으로 여겨진다. 왜 이렇게 강한 내성을 지닌 것일까? 이번 연구를 통해 Dsup이 DNA와 비특이적으로 결합해 DNA를 방사선과 활성산소의 피해로부터 보호하기 위해 구조적인 지원뿐만 아니라 전기적 차폐를 제공했음을 시사했다. Dsup은 자외선 차단제처럼 DNA를 보호해 곰벌레의 불멸성을 높이고 있었던 것이다. 하지만 곰벌레의 생존 능력은 지구에서 생활하는 데 있어 ‘오버 스펙’이라고 할 수 있다. 보통 지구상의 다세포 생물에 우주 공간에서 열흘 이상 살아남을 능력은 필요 없다. 마찬가지로 우주 방사선에 대한 내성과 절대 영도에서 150℃를 넘는 폭넓은 온도에서 살아남는 능력도 잉여일 것이다. 이런 능력이 탈수 상태에 대한 내성을 높여간 결과로 얻어진 부산물인지 아니면 과거 곰벌레는 이런 스펙을 요구하는 환경에 노출됐을 가능성도 생각할 수 있다. 그런 환경은 진공이고 강렬한 방사선이 날아오며 절대 영도와 물 끓는 점을 넘는 온도였을지도 모른다. 일반적으로 이런 환경은 안정된 대기가 존재하는 지구가 아니라 우주에 존재한다. 곰벌레가 우주에서 진화했는지 어떤지는 모르지만, 어쨌든 남아도는 스펙의 출처는 앞으로도 탐구 대상이 될 것이다. 자세한 연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’(Science Advances) 최신호(8월 7일자)에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

인류가 앞으로 우주로 나가는 데 가장 큰 걸림돌이 되는 문제는 바로 치명적인 방사선의 영향을 어떻게 막느냐는 것이다. 왜냐하면 우주의 방사선은 지구에서보다 700배나 강하기 때문이다. 그렇지만 미국 유전학자 크리스 메이슨 코넬의대 생리학과 부교수가 이끄는 연구진은 이 문제를 지구 최강의 생명체로 잘 알려진 곰벌레의 DNA로 해결할 수 있다고 믿는다. 곰벌레는 몸길이 50㎛(1㎛는 1m의 100만분의 1)~1.7㎜로 현미경으로 봐야 보이는 다리 8개의 무척추동물로 행동이 굼뜨고 느려 완보(緩步)동물로 불리며 영어권에서는 ‘물곰’(Water Bear)이라고도 부른다. 그런데 이 곰벌레가 지구 최강의 생명체로 불리는 이유는 거의 모든 유기체가 살 수 없는 환경 조건에서도 죽지 않기 때문이다. 지금까지 알려진 바에 따르면, 곰벌레는 기체의 부피가 제로 상태가 되는 절대영도인 영하 273℃부터 끓는 물 온도보다 높은 영상 151℃의 온도에서도 살 수 있으며, 진공 상태인 우주 공간에서 치명적인 방사선에 노출돼도 죽지 않는다. 이에 과학자들은 이 완보동물의 놀라운 생존 비결에 주목했고, 3년 전 일본 도쿄대 연구진이 곰벌레의 몸에는 극한 환경에서 자신을 보호하는 ‘Dsup’(Damage suppression protein)라는 단백질이 유독 많다는 사실을 밝혀냈다. 유전자 손상을 막는 이 단백질은 특히 유해한 방사선으로부터 곰벌레를 보호했는데 어떻게 이런 작용을 하는지에 대해서는 정확히 알아내지 못했다. 이번에 메이슨 부교수가 이끄는 미국 연구진은 곰벌레의 이 핵심 단백질을 인간의 세포와 결합하는 방법을 연구하고 있다고 밝혔다. 메이슨 부교수는 이웃 행성인 화성을 비롯해 다른 먼 세상으로 인류가 성공적으로 가려면 유전 공학이 어떻게 핵심이 될 것인지에 관한 여러 접근 방식을 제시했다. 그중 첫 번째가 특정 유전자의 표현을 마치 스위치로 켜거나 끄듯 필요할 때 나타나도록 하는 과정을 설계하는 것이다. 이 밖에도 메이슨 부교수는 이 기술을 지구상에서도 활용할 수 있다고 믿는다. 그는 이 기술을 항암 치료 과정 중 건강한 세포가 방사선을 극복하게 하는 데도 쓸 수 있다고 언급했다. 한편 이 연구는 지난달 29일 뉴욕 NYC 콘퍼런스에서 열린 제8차 인간 유전학 강연에서 그 일부가 소개됐다. 사진=위키피디아(Schokraie E, Warnken U, Hotz-Wagenblatt A, Grohme MA, Hengherr S, et al. CC BY 2.5) 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

매년 10월 31일은 미국의 어린이들에게는 최대 명절인 ‘핼러윈 데이’다. 이날만큼 어린이들은 으스스하면서도 웃기는 괴물 분장을 하고 축제를 즐기며 각계 각층의 어른들 역시 재미있는 이벤트로 동참한다. 과학계도 예외는 아니다. 미국의 주요 과학매체들은 매년 이맘 때가 되면 어린이들에게 꿈과 희망을 주기위해 핼러윈 데이를 기념하는 신기한 천체사진을 공개한다. 물론 이같은 천체사진은 우리의 눈과 뇌가 특정한 모습으로 상상한 것이지만 적어도 어린이들에게 만큼은 무한한 영감을 준다. 서구의 우주전문 매체들이 공개한 으스스한 모습의 천체사진을 정리해왔다. - 핼러윈 데이를 빛내는 태양 핼러윈 데이를 기념하는 최고의 명작으로 꼽히는 사진이다. 지난 2014년 미 항공우주국(NASA)의 태양활동관측위성(SDO)이 촬영한 태양의 모습으로 금빛과 노란빛의 아름다운 에너지를 방출하는 태양의 모습을 담고있다. 이 사진이 화제가 된 것은 잭-오-랜턴과 놀라울 정도로 닮았다는 점 때문이다. 우리에게는 다소 낯선 용어인 잭-오-랜턴(jack-o‘-lantern)은 핼러윈 데이에 등장하는 호박등을 말한다. 호박에 도깨비 얼굴을 새기고 그 안에 초를 넣어 번쩍이게 만드는 핼러윈의 대표적인 상징. - 우주의 고스트라이더 마치 해골이 타는 듯한 재미있는 모습의 성운(星雲·nebula)이다. 현재 은하수를 지나가는 이 성운의 이름은 ‘Sh2-68’로 약 4만 5000년 전 생성된 것으로 죽어가는 별이 만들어 낸 것이다. 이 성운이 눈길을 끄는 것은 바로 기괴한 모습 때문이다. 영화로도 제작돼 현지에서 큰 인기를 끌고 있는 만화 ‘고스트 라이더’(Ghost Rider)의 모습을 닮았다.　　 - 비명을 지르는 우주의 해골 전문가들이 꼽는 또 하나의 핼러윈 데이 최고 명작사진이다. 마치 해골이 비명을 지르는듯한 모습 때문에 매년 단골로 등장하는 사진으로 그 주인공은 페르세우스자리 은하단(Perseus cluster of galaxies)이다. 지구에서 약 2억 4000만 광년 떨어진 곳에 위치한 페르세우스자리에는 두 개의 산개성단이 서로 끌어당기고 있으며 수백 여개의 은하가 모여있다. - ‘사우론의 눈’ HR 4796A 영화 ‘반지의 제왕’에 등장하는 사우론의 눈(Eye of Sauron)과 흡사한 별이다. 지구에서 약 237광년 떨어진 곳에 위치한 ‘HR 4796A’는 ‘사우론의 눈’ 처럼 기괴하게 생긴 모습이 가장 큰 특징이다. 그러나 우주를 노려보는듯 눈처럼 보이는 곳에 위치한 것이 바로 별에서 뿜어내는 빛이며 그 주위의 링은 중력에 끌린 먼지다. - 마녀머리 성운 지구에서 900광년 떨어진 오리온 자리에 위치한 일명 ‘마녀머리 성운’(Witch Head nebula). 마치 마녀의 머리를 닮았다고 해서 특이한 이름이 붙여진 이 성운은 지난 2009년 발사된 지름 40㎝짜리 적외선망원경을 탑재한 NASA의 광역적외선탐사위성(WISE)이 촬영한 것이다. 이 성운의 정식명칭은 1C2118. - 유령 성운 우주에서 가장 추운 곳이라 불리는 ‘부메랑 성운’(Boomerang Nebula)이다. 마치 유령이 떠있는 듯한 이 성운은 으스스한 모습만큼이나 온도가 -272°C에 이를만큼 우주에서 가장 추운 곳이다. 이는 이론적으로 가장 낮은 온도인 절대영도보다 1도 높은 값. 지구에서 센타우르스자리 방향으로 5000광년 떨어진 곳에 위치한 부메랑 성운은 중심에 있는 별에서 분출되는 가스에 의해 생성된 것으로 추정된다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

별 주변 공간 등을 제외한 우주 대부분은 매우 춥고 진공에 가까운 상태다. 그런데 미항공우주국(NASA)가 이보다 1억 배는 더 추운 장소를 만들기 위해 도전한다. 저온 원자 실험실(CAL·Cold Atom Laboratory)이라고 불리는 이 실험실은 아이스박스처럼 작은 크기지만, 레이저를 이용해서 극단적인 초저온을 만들 수 있다. NASA는 이를 오는 8월 스페이스X의 CRS-12에 실어 국제 유인 우주정거장으로 발사할 예정이다. 이론적으로 생각할 수 있는 가장 낮은 온도는 '절대영도'다. 키나 몸무게가 마이너스가 된다는 것을 상상하기 어려운 것처럼 절대영도보다 낮은 기온 역시 일반적으로 가능하지 않다. 이 온도를 섭씨로 표시하면 -273.15도에 해당한다. 이렇게 저온 상태에서는 초전도 현상처럼 일반적이지 않은 물리적 현상이 발생하기 때문에 과학자들은 더 낮은 온도를 얻기 위해서 많은 노력을 해왔다. 이를테면 절대영도에 한없이 가까운 상태를 추구한 것이다. 저온 원자 실험실은 절대영도에서 불과 10억분의 1에 불과한 극저온 상태를 만들 수 있다. 이 정도까지 온도가 내려가면 보즈-아인슈타인 응축(Bose-Einstein condensates)라는 매우 독특한 현상이 발생한다. 이 상태에 있는 원자들이 모두 같은 양자역학적 상태가 되어 마치 하나의 원자처럼 움직이는 것이다. 그런데 강한 중력이 있는 지구에서는 이 상태가 길어봐야 1초 이상 지속하기 힘들어 상세한 관측이 어렵다. 따라서 NASA는 이 실험 장치를 우주 정거장으로 보내 관측을 시도하는 것이다. 예상대로 된다면 5~10초 정도 관측이 가능할 것이고 앞으로 기술이 발전하면 수백 초 이상 관측도 가능하다. 역시 짧은 시간이지만, 이 정도 시간만 관측할 수 있어도 새로운 현상이 발견될 가능성이 있어 과학계의 이목이 쏠려 있다. 현재 5개의 연구팀이 저온 원자 실험실을 이용한 연구 과제를 신청했으며, 이 중에는 보즈-아인슈타인 응축물을 실제로 만들어내 노벨 물리학상을 받은 에릭 코넬(Eric Cornell)도 포함되어 있다. 우주에서 가장 추운 실험실에서 지금까지 보지 못했던 새로운 현상이 발견될 수 있을지 기대된다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

매년 10월 31일 미국을 중심으로 열리는 ‘핼러윈 데이’. 괴물 분장을 하고 즐기는 축제지만 우주에서는 이보다 더 기괴한 형상을 한 천체가 지금도 유령처럼 빛나고 있다. 미국의 주요 과학매체들은 핼러윈 데이가 되면 매년 이를 기념하는 유령같은 천체사진을 공개한다. 　 이같은 천체는 사실 인간의 눈과 뇌가 특정한 모습으로 상상한 것이지만 적어도 어린이들에게 만큼은 무한한 영감을 준다. 으스스한 모습의 천체사진을 정리해왔다. - 비명을 지르는듯한 우주의 해골 지구에서 약 2억 4천만 광년 떨어진 곳에 위치한 페르세우스자리 은하단(Perseus cluster of galaxies). 페르세우스 자리에는 두 개의 산개성단이 서로 끌어당기고 있으며 수백 여개의 은하가 모여있는 거대 은하단이다. 마치 해골이 비명을 지르는듯한 모습 때문에 매년 핼러윈 데이가 되면 미 항공우주국(NASA)이 단골로 공개하는 이미지다. - 사우론의 눈 영화 ‘반지의 제왕’에 등장하는 사우론의 눈(Eye of Sauron)과 흡사한 별의 모습이다. 지구에서 약 237광년 떨어진 곳에 위치한 ‘HR 4796A’는 ‘사우론의 눈’ 처럼 기괴하게 생긴 모습이 가장 큰 특징이다. 그러나 우주를 노려보는듯 눈처럼 보이는 곳에 위치한 것이 바로 별에서 뿜어내는 빛이며 그 주위의 링은 중력에 끌린 먼지다. - 우주의 마녀 　 지구에서 900광년 떨어진 오리온 자리에 위치한 일명 ‘마녀머리 성운’(Witch Head nebula). 마치 마녀의 머리를 닮았다고 해서 특이한 이름이 붙여진 이 성운은 지난 2009년 발사된 지름 40㎝짜리 적외선망원경을 탑재한 NASA의 광역적외선탐사위성(WISE)이 촬영한 것이다. 이 성운의 정식명칭은 1C2118. - 유령 성운 우주에서 가장 추운 곳이라 불리는 ‘부메랑 성운’(Boomerang Nebula). 마치 유령이 떠있는 듯한 이 성운은 으스스한 모습만큼이나 온도가 -272°C에 이를만큼 우주에서 가장 추운 곳이다. 이는 이론적으로 가장 낮은 온도인 절대영도보다 1도 높은 값. 지구에서 센타우르스자리 방향으로 5000광년 떨어진 곳에 위치한 부메랑 성운은 중심에 있는 별에서 분출되는 가스에 의해 생성된 것으로 추정된다. - 죽은 은하에서 내뿜은 '유령 빛' 국제 천문학 공동연구팀이 허블 우주망원경으로 촬영한 ‘고스트 라이트’(Ghost Light). 약 40억 광년 떨어진 곳의 죽은 은하에서 흘러 나와 이같은 별칭이 붙었다. 이 빛이 뿜어져 나온 곳은 ‘아벨 2744’(Abell 2744)로 일명 판도라 성단(Pandora‘s Cluster)이라 불린다. 놀라운 사실은 이 성단이 약 500개에 달하는 은하들로 이루어진 상상을 초월하는 규모라는 것. 수십억년 전 유령 빛을 발한 이 은하는 주위 거대 은하단 중력에 의해 찢겨져 결국은 형체도 남지 않고 그들 속으로 흘러 들어간다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

별은 차가운 가스가 모여서 탄생한다. 뜨거운 별의 탄생을 생각하면 역설적이지만, 오히려 차가운 가스가 중력에 의해 쉽게 뭉칠 수 있기 때문이다. 뜨거운 가스는 팽창하려는 성질 때문에 뭉치기 어렵다. 따라서 천문학자들은 미래 별이 탄생할 가스 성운을 연구하기 위해서 우주에서 가장 차가운 가스를 관측한다. 그 온도는 절대영도에서 불과 10에서 20도 정도 더 높을 뿐이다. 이런 차가운 가스는 일반적인 가시광선 영역에서는 볼 수 없다. 대신 원적외선 파장에서 관측을 통해 그 존재를 밝힐 수 있다. 유럽 우주국의 허셜 우주망원경은 G82.65-2.00이라고 명명된 거대 가스 필라멘트를 관측했다. 가스 성운에 있는 가스 (물론 나중에 별의 핵연료 역할을 할 수소 가스가 주성분이다)가 뭉쳐서 형성된 이 필라멘트에는 대략 태양 800개 정도를 만들 수 있는 수소 가스가 있다. 이 사진에서 영하 -259도의 극저온의 가스와 먼지가 있는 필라멘트는 파란색으로 보인다. 그리고 주변에 상대적으로 온도가 높은 가스 성운은 붉은색으로 표시했다. 유럽 우주국의 설명에 따르면 이 파란 띠는 미래에 새로운 별이 탄생할 리본 (a ribbon of future stars)이다. 지금은 차가운 가스 덩어리에 불과하지만, 시간이 지나면서 중력에 의해 농축되고 뭉치면 마침내 압력과 온도가 증가해서 중심에서 핵융합 반응이 일어나는 새로운 별이 될 것이다. 우리에겐 매우 신기해 보이지만, 사실 태양 같은 별 역시 이런 장소에서 46억 년 전 태어났다. 우리는 망원경을 통해 우리의 탄생 이전을 볼 수 있는 셈이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

물리학자들이 지구상에서 가장 차가운 공간을 만들어냈다고 미국 인터넷매체 허핑턴포스트가 27일(현지시간) 보도했다. 이 공간은 약 399kg짜리 구리 소재 구조물로 내부 온도는 6밀리캘빈(mK)까지 떨어뜨릴 수 있다. 이는 화씨 영하 459.659도(섭씨 영하 273.14도)로 절대영도(0K, 섭씨 영하 273.15도) 수준이다. 이 프로젝트를 주관한 카스텐 히거 미국 예일대 물리학과 교수는 “이는 중대한 기술적 성취”라고 성명을 통해 밝혔다. 카스텐 히거 박사는 극저온 연구를 위한 이탈리아 중성미자 검출기인 ‘쿠오레’(CUORE, 극저온 지하 드문현상 관측소)를 운용하는 그란사소 국립실험실과 협력 관계에 있는 대학 내 아서 라이트 실험실 소장이다. 따라서 이 프로젝트에는 이탈리아는 물론 미국, 중국, 스페인, 프랑스 등 여러 국가의 과학자 130여 명이 참여하고 있다. 세계 기록을 세운 이 공간은 ‘크라이오스탯’이라는 저온유지 장치로 미지의 아원자 입자인 중성미자 검출에 쓰인다. 연구팀은 “이 공간에서의 실험으로 ‘중성미자 미방출 이중 베타(β)붕괴’(neutrinoless double-beta decay)로 불리는 희귀 과정을 관찰할 수 있을 것”이라고 기대하고 있다. 중성미자가 없는 이중 베타붕괴란 2개의 중성미자나 반중성미자를 방출하지 않는 과정에서 이중 베타붕괴(핵물리학의 방사성 감쇠 중 하나로 전자나 양전자인 베타입자가 방출되는 방사성 감쇠를 뜻함)가 가능하다는 것으로, 이 과정에서 방출되는 중성미자가 그 즉시 원자핵 내부의 다른 핵자(핵알, 원자핵을 구성하고 있는 양성자와 중성자 등을 총칭)에 의해 반중성미자로서 흡수돼 두 전자의 전체 운동 에너지는 정확히 처음과 나중 상태의 원자핵 결합 에너지의 차이가 된다. 즉 중성미자가 반중성미자와 실제로는 같은 입자라는 ‘마요라나 입자’인 것을 입증해 이로써 우주에는 반물질보다 물질이 풍부한 이유를 설명하게 된다고 연구팀은 밝히고 있다. 사진=INFN 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

우주에서 가장 추운 곳이라 불리는 ‘부메랑 성운’(Boomerang Nebula)의 모습이 공개됐다. 최근 미 항공우주국 나사(NASA)등 국제천문학팀은 칠레에 위치한 ‘알마전파망원경’(Atacama Large Millimeter-submillimeter Array·이하 ALMA)을 사용해 촬영한 ‘부메랑 성운’의 모습을 공개했다.　 마치 유령이 떠있는 듯한 이 성운은 으스스한 모습만큼이나 온도가 -272°C에 이를만큼 우주에서 가장 추운 곳이다. 이는 이론적으로 가장 낮은 온도인 절대영도보다 1도 높은 값. 지구에서 센타우르스자리 방향으로 5000광년 떨어진 곳에 위치한 부메랑 성운은 중심에 있는 별에서 분출되는 가스에 의해 생성된 것으로 추정된다. 연구에 참여한 나사 제트추진연구소 수석 과학자 라그벤드라 샤하이 박사는 “역대 최강의 전파망원경 ALMA 덕분에 부메랑 성운의 진면목을 보게됐다” 면서 “과거 관측에서는 부메랑 모양으로 보였지만 실제로는 우주로 팽창하는 더 넓은 구조를 가지고 있다”고 설명했다. 이어 “부메랑 성운은 행성 이전의 성운(pre-planetary nebula)으로 중심별은 아직 뜨겁지 않다” 면서 “현재 행성상 성운 (planetary nebula·태양보다 큰 질량을 가진 천체들이 진화의 마지막 단계에서 중심핵을 제외한 나머지 부분을 우주 공간으로 뿜어내면서 만들어진 것)단계로 진화하고 있다”고 덧붙였다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

언젠가 영화 ‘스타워즈’ 등에 등장했던 광선검(라이트세이버)이 실제로 등장할 날이 올지도 모르겠다. 미국 극저온원자센터(CUA)의 미하일 루킨 하버드대 물리학 교수와 블라단 불레틱 매사추세츠공과대(MIT) 물리학 교수가 공동으로 이끈 연구진이 광선검 같은 ‘광자 분자’를 생성하는 데 성공했다고 세계적인 과학저널 네이처(Nature) 25일 자를 통해 발표했다. 이 광자 분자는 지금까지 이론적으로만 존재했던 물질로 앞으로 광선검 같은 기술에도 응용할 수 있는 새로운 물질이라고 한다. 일반적인 광자는 서로 간섭하지 않아 질량이 없는 입자로 설명된다. 예를 들어 두 개의 레이저를 교차시키면 빛은 서로 그 접촉면을 통과한다. 이에 반해 연구진이 생성한 광자는 서로 강력한 결합 성질을 보여 마치 질량이 존재하는 것처럼 행동해 분자와 같은 구조가 된다고 루킨 박사는 설명했다. 본래 질량이 없는 광자를 합치는 데는 상당한 과정이 필요하다. 연구진은 레이저가 물속을 통과할 때 굴절하는 현상처럼 매체를 변화하는 실험을 진행했다. 먼저 루비듐 원자를 진공 상태에 두고 레이저 냉각 기술을 사용해 절대영도를 넘어설 때까지 원자구름을 냉각했다. 이어 매우 약한 레이저펄스를 사용해 단일 광자를 루비듐 원자구름 속을 통과시켰다. 그 결과, 구름 속 빛의 속도는 극도로 감소했다. 광자는 진공 상태에서 냉각된 원자에 에너지를 전달하면서 통과했고, 이때 통과한 빛은 물속처럼 빛의 정체성을 유지했다. 문제는 두 개의 광자를 통과시킬 때다. 두 개의 광자는 원자에 에너지를 전달하며 매체를 통과했지만, 마치 분자처럼 서로 간섭해 뒤섞인 상태가 됐다. 이 문제는 스위스의 물리학자 요하네스 뤼드베리가 세운 개념인 뤼드베리 차단(blockage)이란 영향 때문이라고 한다. 원자는 주위 원자와 같은 에너지 준위를 가질 수 없는 성질이 있기 때문에 2개의 광자는 구름을 통과할 때 에너지를 주면서도 그들에 눌리거나 갈라지고 찌그러지면서 이동을 계속하는 것으로 추정된다. 따라서 이러한 영향으로 광자 간에는 간섭의 영향으로 분자와 같은 성질을 띠게 된다고 한다. 이러한 개념은 아직 넘어야 할 기술적인 벽이 있지만 광선검은 물론 양자 컴퓨터, 크리스탈처럼 광자를 3차원으로 입체화해 출력하는 기술에도 응용할 수 있을 것이라고 연구진은 설명했다. 사진=영화 ’스타워즈’ 스틸컷 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

▶원문 및 사진 보러가기 맨눈으론 도저히 볼 수 없는 미생물들조차 이제는 삼차원(3D)으로 볼 수 있는 세상이 된 듯 싶다. 최근 영국 런던에 있는 과학 사진 도서관(사이언스 포토 라이브러리)이 영화 속에 등장하는 외계 생명체처럼 괴기스러운 미생물들을 나타낸 3D 사진을 대거 공개해 주목을 받고 있다. 24일(현지시각) 영국 데일리메일 등 외신을 통해 소개된 이런 사진은 독일 기반의 과학 사진팀 ‘아이 오브 사이언스’(과학의 눈)가 최첨단 장비를 사용해 촬영한 것이다. 첫 번째 사진은 과거 국내에도 한 차례 소개된 미생물인 ‘물곰’(waterbear)이다. 느리게 걷는 동물이라고 하여 완보동물, 즉 타디그레이드(Tardigrade)로 불리는 이 생물은 다 자라봐야 몸길이가 1.5mm밖에 되지 않는다고 한다. 특히 이 벌레는 절대영도(영하 273℃)나 끓는 물 온도보다 높은 151℃에서도 생존할 수 있다고 알려졌다. 이에 지난 2007년 유럽우주국(ESA)은 무인우주선 인데버호에 이 생물을 태워 우주로 보내는 실험을 진행했는데 물도 산소도 없는 환경에서 살아남았으며 정상적으로 알까지 낳고 번식해 과학자들을 놀라게 했다. 덧붙여서 이 생물은 고농도의 방사선에서도 살아남는 것으로 알려져 지구상 최고의 생존력을 가진 생물로도 손꼽히고 있다. 다음 사진 속 생물은 토끼의 귀처럼 커다란 더듬이를 가진 톡토기(springtail)다. 이 6각류(다리 6개) 곤충 역시 다 자라봐야 몸길이는 2~3mm밖에 되지 않지만 점프하는 기관이 있어 자신의 몸길이보다 수백 배 높이 뛸 수 있다. 낙엽이나 썩은 나무 밑에서 서식하는 것으로 알려졌다. 이어진 사진은 누구나 싫어하는 모기의 유충으로 1,000배 이상 확대한 것이라고 한다. 또 다른 사진에 나타난 벌레는 몸 전체가 붉은 우단 응애(velvet mite) 즉 진드기다. 이 벌레는 몸길이가 최대 2cm나 되는 대형 진드기로 토양 최상층에 서식하며 진딧물 등을 잡아먹고 사는 포식성이다. 이들 벌레는 군집 생활을 하며 번식기에 수컷이 정자를 바닥에 뿌리고 다니면 암컷들이 따라다니면서 이를 흡수하는 것으로 알려졌다. 또한 과거 사람의 머리에 산 이의 모습도 공개됐다. 이의 몸길이는 약 2mm로, 수명은 3주이며 암컷은 한 번에 80~100개의 알을 낳는 것으로 알려졌다. 이 밖에도 붉은 눈이 특징인 청파리 애벌레 즉 구더기나 사람 피부의 가려움증을 유발하는 참나무나방 애벌레, 누에나방 애벌레, 로키 산 숲진드기, 고양이 털 속에 사는 벼룩 등의 사진이 공개됐다. 사이언스 포토 라이브러리의 마크 애보트는 “과거에 이런 사진은 전적으로 연구에만 사용됐다.”면서 “하지만 곤충이나 미생물, 세균, 바이러스 등을 현미경으로 볼 수 있게 되면서 그런 이미지가 대중의 관심 대상이 됐다.”고 밝혔다. 이와 함께 그는 “우리는 이런 사진에 대한 사람들의 반응에 놀랐다. 이러한 것은 과학과 대중, 특히 어린이들과 소통하는 데 정말 큰 도움이 된다.”면서 “가장 무섭고 크며 못생긴 것을 보여주는 사진이 대개 아이들에게 가장 인기 있다.”고 전했다. 윤태희기자 th20022@seoul.co.kr

“작은 것이 아름답다”다는 말이 가장 잘 적용되는 곳은 아마도 반도체 기술 분야일 것이다.크고 화려한 것이 흔히 대접받는 세상이지만 이 분야에서는 ‘작게,더 작게’가 절대적인 명제다.반도체 기술의 핵심은 한마디로 반도체안 회로의 굵기를 더 미세하게 만드는 것이다.반도체의 집적도를 높이고제품 원가를 낮추어 경쟁력을 올릴 수 있기 때문이다. 집적도가 높아지면 정보 저장 용량이 그만큼 늘어나는데 반도체의 저장용량은 보통 메가·기가·테라로 표시된다.물리학에서 메가는 10의 6제곱,기가는 10의 9제곱,테라는 10의 12제곱을 뜻한다.즉 메가는 100만,기가는 1조,테라는 1,000조의 단위다. 현재 상용화된 메가급 반도체의 회로 굵기는 머리카락 굵기의 1,000분의 1(1만분의 1㎜) 정도다.기가급은 4,000분의 1,테라급은 400만분의 1정도가 된다.한국은 지금 세계 반도체시장 메가D램 분야에서 점유율 1위를 차지하고있고,기가급 반도체 생산도 눈앞에 두고 있다.지난해 6월 삼성전자가 세계첫 4기가D램 공정기술을 개발,2001∼2002년이면 제품 생산이 가능하다고 밝혔다. 기가급에 이어 테라급 반도체 생산이 가능한 기반기술이 우리 학자들에 의해 개발됐다.연세대 黃正男·呂寅煥,포항공대 姜明昊교수 팀이 반도체를 구성하는 핵심물질인 실리콘과 산소를 원자 수준에서 미세하게 조절할 수 있는 방법을 찾아내 최근 국제학계에 발표했다. 이들은 상온(常溫)에서 실리콘 원자 한 개와 산소원자 한 개가 결합할 때의 기본과정 및 원리를 규명했고 아울러 분자 크기의 글자를 써내는데 성공했다.지난 90년 미국 IBM사가 원자글자를 처음 써보였지만 상온이 아닌 섭씨마이너스 269도(절대영도 근방)의 극저온 상태에서였다. 원자를 자유롭게 조작할 수 있는 실험적·이론적 근거를 제시한 이 연구결과에 따라 앞으로 초미세·초저전력·초고속의 마이크로 컴퓨터를 개발할 수 있게 됐다.이 기술을 바탕으로 테라급 반도체가 만들어지면 현재 300∼400평 정도의 공간을 차지하는 슈퍼 컴퓨터를 책상에 올려 놓을 수 있는 소형으로 축소 할 수 있다니 획기적인 기술개발이 이루어진 셈이다.이 기술의 실용화는 2010년 정도에 가능할 것으로 연구진은 전망한다. 지금까지 한국의 메가D램 반도체 기술이 막대한 로열티를 지불해야 하는 외국의 기반기술을 바탕으로 한 것인데 비해 이번 초미세 반도체 기반기술은순수한 우리 기술을 바탕으로 차세대 반도체 개발의 길을 텄다는 점에서 더욱 의미가 깊다.

◎86년 처음 발견… 기초·응용연구 활발/고감도 자기장센서 등 상용화 눈앞 「제2의 전기」로 불리는 고온초전도체에 대한 기초 및 응용연구가 경쟁적으로 이뤄지면서 일상생활에 이용될 수 있는 고온초전도기술의 출현이 가시화되고 있다. 지난 86년 처음 발견된 고온초전도체는 간단히 말해 절대영도(섭씨-273도)에서 전기저항이 0이 되는 물질.고온초전도체는 몇가지 산화물과 섭씨 1천도 남짓까지 올릴 수 있는 전기만 있으면 손쉽게 합성할 수 있다는 점에서 물리·화학·재료공학 분야의 주된 연구대상이 돼왔다. 따라서 좀더 높은 임계온도의 초전도체를 발견하려는 과학자들의 노력은 19세기 금맥을 찾아 서부로 몰려드는 금광업자들의 열기에 비유될 정도였다. 한국표준과학연구원은 최근 「고온초전도기술 백서」를 펴내고 하루가 다르게 발전하고 있는 고온초전도체 분야에 대한 최신 국·내외 연구동향을 상세히 소개하고 있다. 이 백서에 따르면 고온초전도물질은 현재 전자파필터 소자등 매우 제한적인 분야에서 상용화되고 있지만 2000년대 초반이 되면 에너지·교통·의료 및 가속기·전자공학 분야에서 광범위하게 쓰일 것으로 전망된다.구체적인 분야로는 핵자기공명단층촬영장치(MRI)·초전도 양자간섭장치·에너지 저장장치·전자기동력선등이 꼽히고 있다. 이 중에서도 박막 제작기술을 이용해 초전도 양자간섭장치를 개발하려는 노력이 가장 활기를 띠고 있다.초전도 양자간섭장치란 기존의 센서들이 따를 수 없는 고감도의 자기장센서로 중력파 검출,심자도 및 뇌자도 측정,재료의 비파괴평가등 극미세의 자기장을 측정하는 모든 분야에 쓰일 차세대 핵심기기. 90년대 들어 미국·일본등 선진국이 이 분야 연구에서 큰 진척을 이루면서 2000년쯤 부분적으로 상용화될 것이란 전망이 나오고 있다.우리나라의 경우 지난 87년 연구를 시작했지만 아직은 초보적인 수준에 머물고 있다. 우리나라는 지난 92년부터 한국과학기술원(KAIST)을 중심으로 고온초전도체를 이용한 마이크로파소자 개발에 착수,위성·무선 통신분야의 핵심장치인 선·원형 형태의 고온초전도 공진기와 필터를 생산해 냈다.