입자와 파동 사이.. ''상보성의 신비'' 풀렸다

[머니투데이 김희정 기자][국내연구팀, 전자간섭계 통해 원인 규명]

파동성과 입자성을 동시에 지니는 물질의 신비, 이른바 상보성의 원인이 국내 연구팀에 의해 규명됐다.

자연계에서 물질은 입자의 형태로 관측되지만 물리학적으로는 입자성과 파동성을 동시에 갖는다.

전자는 입자의 형태를 띄고있다고 알려져 있으나 실제로는 파동의 형태로도 관측할 수 있다.

이 때문에 물질을 정확하게 관측하려면 입자성과 파동성을 모두 살펴봐야 하는데

이를 물질의 상보성(相補性)이라고 한다.

4일 포스텍 물리학과 이후종 교수와 부산대 물리학과 정윤철 교수가 이끄는

공동연구팀은 물질이 입자성과 파동성 중 어느 특성을 나태낼지의 여부가

간섭계 내부의 전자 경로 정보를 얻을 수 있는지에 달려있다는 사실을 발견했다.

공동연구팀은 반도체 나노 소자 제작 공정을 이용해 환형(環形) 구조의 전자간섭계를 제작,

이 구조를 통과하는 전자의 간섭현상을 관측한 결과 상보성의 원인을 밝혀냈다.

전자간섭계란 동일한 전자원에서 나오는 전자의 파동을 두 갈래로 나눠 위상 차이가 발생하도록 한 후,

갈라진 전자 파동이 다시 만났을 때 일어나는 간섭현상을 관측하는 장치를 말한다.

이번 연구는 물리학계에서 물질의 입자성 혹은 파동성 발현의 원인을 두고 벌여온 논란을 종식시킬 수 있는

성과로 네이처 자매지인 '네이처 피직스(Nature Physics)' 3일자 온라인판을 통해 발표됐다.

이 연구는 전남대 강기천 교수가 이론을 제안하고, 이후종 교수와 정윤철 교수가 연구책임을 맡아

모든 과정이 국내 연구진에 의해 주도적으로 이뤄졌다.

연구팀은 “이번 연구성과는 국내 기초과학연구의 위상을 한층 드높이는 데 기여할 수 있을 뿐만 아니라

파동 특성을 가지는 양자 상태 유지에 필요한 조건을 명확하게 제시함으로써,

최근 관심을 모으고 있는 양자컴퓨터 연구 등 응용분야에 유용하게 활용할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

김희정기자 dontsigh@