입자 반사와 파동의 관계

KISTI 『글로벌동향브리핑』 2010-01-09

최근 양자 역학(quantum mechanics)의 입자 반사와 파동간의 관계가 마침내 확인되었다. 본 현상은 오랜 시간에 걸쳐 수립된 이론이지만 최근까지 직접 관찰되지는 못했었다. 이번 연구 결과는 ISIS 뉴트론 소스(Neutron Source)에 설치된 이차 타겟 스테이션(second target station) 설비를 이용한 최초의 성과로서 1월 8일 Physical Review Letters에 보고되었다. 이번 발견이 아직은 순수 물리 분야에 해당하지만, 전자소자 분야에 새로운 시각을 부여함으로써 광학 및 도량학에 이미 사용되고 있는 파동을 보완할 것으로 예상된다. ISIS 및 델프트대(Delft University of Technology) 연구진은 최초로 중성자(neutron) 입자가 반사되기 전 표면을 따라 미끌어진다는 것을 실험적으로 입증할 수 있었다. 이는 입자가 다른 지점에서 반사되어 한 지점에 도착한다는 것을 의미한다. 반사에 대한 공간 이동은 17세기 아이작 뉴튼(Isaac Newton)에 의해 최초로 제안되었다. 1947년에는 구스와 한센(Goos and Hanchen)은 광을 이용하여 뉴튼의 생각을 실험적으로 입증함으로써, "구스-한센 이동"을 탄생시킬 수 있었다. 한편 ISIS 연구 결과는 위와 같은 선행 연구자들 생각을 입증하였을 뿐 아니라 입자가 반사될 때 양자 이론으로 예측된 것과 동일한 방식으로 빛이 거동한다는 것을 증명하는 것이다. 본 발견은 중성자가 반사될 때 빛과 같은 방식으로 거동한다는 것을 시사한다고 연구진은 말한다. ISIS 이차 타겟 스테이션에 설치된 오프스펙(Offspec) 장치를 이용하면 위와 같은 사실을 양자 수준에서 관찰할 수 있다. 이를 통해 양자 역학의 정확성과 아름다움을 실험적으로 입증할 수 있으며, 뉴튼 및 현재의 양자 현상에 대한 여러 아이디어를 보다 명확히 구축할 수 있을 것이다. 실험은 ISIS 뉴트론 소스에서 진행되었다. 자성 재료 박막에 편극 중성자 빔을 쪼이면 반사 후에 편극의 미소한 변화가 관찰된다. 이와 같은 기기의 우수한 감도는 오프스펙 장치를 통해서만 가능한데, 이는 ISIS와 델프트대 연구진의 작품이다. 한편 ISIS는 사람의 모발보다 1만 배 얇은 수준에서 물체를 관찰할 수 있는 거대한 현미경이다. 이차 타겟 스테이션 내의 본 장치를 이용하면 물체를 상세히 볼 수 있는데, 빛의 반사에서 관찰되는 위와 같은 미묘한 변화가 양자 수준의 입자에 의해 어떻게 재현되는지를 볼 수 있는 것이다. 참고로 중성자 산란은 재료 및 분자의 구조와 역학을 연구하는데 있어 중요한 분석 기술이다. 가속기에 본 장치가 결합되면 특정한 정보를 뽑아낼 수 있다. ISIS의 가속기는 양성자 빔을 빛 속도의 84% 수준으로 가속할 수 있다. 이후 목표물에서 방출된 중성자는 빔 파이프를 따라 검사되는 재료에 도달하게 된다. 중성자는 전하가 없어 재료 내부로 깊게 파고들어갈 수 있다. 중성자가 재료 내부의 원자를 어떻게 산란시키는지를 관찰함으로써, 연구자들은 재료의 원자 구조를 파악할 수 있다. 출처 : http://www.physorg.com/news182180804.html