노벨상을 말하다

2003 수상자 정보

2003 수상 업적

The Nobel Prize in Physics 2003 was awarded jointly to Alexei A. Abrikosov, Vitaly L. Ginzburg and Anthony J. Leggett “for pioneering contributions to the theory of superconductors and superfluids”.
2003년 노벨 물리학상은 “초전도체와 초유체 현상에 대한 이론적 토대 확립”의 공로로 알렉세이 아브리코소프, 비탈리 긴즈부르크, 앤서니 레깃에게 공동 수여되었습니다.

2003 수상 추천문

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.

올해의 노벨 물리학상의 주제는 질서에 관한 것입니다. 우리 일상에서의 질서가 아니라 원자나 전자 등 미시세계에서의 질서입니다. 양자역학의 지배를 받는 미시세계에서는 우리 일상에서 전혀 관찰할 수 없는 현란한 현상들이 일어납니다. 그러나 전자나 원자의 질서가 어떤 특별한 형태일 경우에는 미시세계의 양자현상을 아주 크게 증폭시켜 눈으로도 그 현상을 볼 수 있게 해줍니다. 물리 분야의 올해 노벨상은 미시세계의 질서와 초전도 혹은 초유체라고 불리는 거시현상 간의 관계를 밝히는 데 기여한 세 명의 과학자에게 돌아갔습니다.

1911년 네덜란드의 물리학자 하이케 카메를링 오네스(1913년 노벨 물리학상 수상)는 절대온도 0도 근처의 낮은 온도에서 수은의 전기저항이 사라지는 현상을 발견하고 초전도현상이라는 이름을 붙였습니다. 곧이어 러시아의 물리학자 피요트르 카피차(1978년 노벨 물리학상 수상)는 유사한 이름을 붙인 초유체현상, 즉 액체헬륨이 초전도현상이 일어나는 임계온도보다 더 낮은 온도에서 내부저항 없이 흐르는 현상을 관찰했습니다. 초전도현상이 발견되자마자 과학자들은 이 현상이 현대 산업에서 매우 광범위한 중요성을 갖게 될 것임을 알았습니다. 예를 들면 초전도 전선으로 코일을 만들면 에너지 손실이 없는 매우 강력한 전자석을 만들 수 있습니다. 그러나 불행하게도 대부분의 초전도체는 매우 약한 자기장에 의해서도 보통의 금속으로 돌아가버리고 말았습니다. 곧이어 초전도성과 자성을 동시에 수용해서 강한 자기장 속에서 초전도성을 유지하는 새로운 형태의 초전도체가 발견되었습니다. 이렇게 만들어진 초전도 자석은 의료 진단기나 입자물리학자들이 사용하는 거대 가속기의 고해상도 자기영상장치에 사용되는 등, 현대 사회에서 대단히 중요한 역할을 하고 있습니다.

올해 수상자 중 비탈리 긴즈부르크 교수와 알렉세이 아브리코소프 교수는 초전도성과 자성이 어떻게 동시에 수용되는지를 이해하는 데 결정적인 기여를 했습니다. 긴즈부르크 교수는 레프 란다우(1962년 노벨 물리학상 수상)와 함께 초전도성이 어떤 임계 전기장이나 자기장에 의해 사라지는 현상을 이전보다 훨씬 자세히 기술할 수 있는 이론을 만들었습니다. 그들은 전자들 간의 질서를 기술할 수 있는 방법을 제안하고 초전도성 질서 파라미터를 제안했습니다. 그들은 깊은 물리적 통찰로 초전도체에서의 질서도를 결정할 수 있는 수학식을 만들어 냈는데, 그 식은 그 당시에 초전도체로 알려진 물질에서 측정된 값들과 잘 일치하는 것이었습니다. 특히 강조하고 싶은 것은 긴즈부르크`―`란다우 이론의 타당성이 광범위하게 적용될 수 있어서, 현대 물리학의 많은 분야에서 새로운 지식을 얻는 데 널리 활용되고 있다는 점입니다.

그러나 곧이어 새로운 초전도 재료에서 예상치 못한 결과들이 관찰되었습니다. 아브리코소프 교수는 이러한 차이를 설명하는 좀 더 복잡한 형태의 질서를 발견했습니다. 그는 깊은 통찰력을 가지고 긴즈부르크`―`란다우식을 분석하여 질서도의 공간분포에 어떻게 보티스가 형성되는지를 보일 수 있었습니다. 그리고 자기장이 이것을 통해 어떻게 초전도체 내로 침투하는지를 보였습니다. 보티스는 욕조의 물을 비울 때 물에 생기는 소용돌이와 본질적으로 같은 것입니다. 아브리코소프 교수는 2종 초전도체라고 하는 새로운 종류의 물질에서 초전도성과 자성이 동시에 수용되는 이유를 완벽하게 설명하였습니다. 초전도 물질의 연구에 새로운 돌파구가 생긴 것입니다.

더 복잡한 종류의 질서는 1970년대 초에 발견된 헬륨―3의 초유체에서 관찰되었습니다. 이것은 더 무거운 동소체인 헬륨―4가 대부분을 차지하는 자연상태의 헬륨에서 카피차가 처음으로 초유체를 발견한 것보다 훨씬 나중의 일이었습니다. 두 동소체 간에는 근본적인 차이가 있습니다. 헬륨―4는 보스`―`아인슈타인 응축현상에 의해 초유체로 직접 질서화되는 보손이라고 부르는 입자군의 하나인 반면 헬륨―3는 전자와 똑같은 페르미온입니다. 이런 입자들이 초유체상태로 되기 위해서는 먼저 짝을 이루어야 합니다. 헬륨―3 액체 상태의 원자 짝은 내부에 자유도가 존재한다는 것이 밝혀졌습니다. 이것은 서로의 주위를 돌기 때문이기도 하고 물리학자들이 스핀이라고 부르는 자기적 특징 때문이기도 합니다. 결국 여기서는 긴즈부르크`―`란다우 질서 파라미터가 초전도체에서처럼 2개가 아니라 18개의 성분을 가지며 초유체의 특성이 방향에 따라 달라지는 이방성을 가집니다. 앤서니 레깃 교수는 새로운 초유체의 특성과 복잡한 질서 파라미터를 수용하는 다른 형태의 질서도 사이의 관계를 설명하는 데 성공하였습니다. 그의 이론은 실험 연구자들이 그들의 측정 결과를 해석할 수 있게 해주었고 체계적인 연구의 틀을 제공했습니다. 레깃 교수의 이론은 액정물리나 천문학과 같은 분야에서도 광범위하게 사용되고 있습니다.

아브리코소프 교수님, 긴즈부르크 교수님, 레깃 교수님. 여러분은 초전도와 초유체 이론에서의 선구적 기여로 2003년 노벨 물리학상을 수상하게 되었습니다. 스웨덴 왕립과학원을 대표하여 축하 말씀을 전하게 되어 대단히 영광스럽습니다. 이제 나오셔서 전하로부터 노벨상을 수상하시기 바랍니다.

스웨덴 왕립과학원 마츠 욘슨