| 중국과기대, 최초로 초저온 조건에서 원자와 분자 사이 충돌 공진 관측 | ||
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 최근, 중국과학기술대학 판젠웨이(潘建偉)/자오보(趙博) 연구팀은 최초로 초저온 조건에서 원자와 분자 3체 시스템 사이의 충돌 공진을 성공적으로 관측하여 기존에 이론적으로만 가능하던 원자-분자 상호작용의 양자 본질을 규명함과 아울러 초저온 양자화학 연구 분야에서 10여 년간 지속된 난제를 해결하였다. 해당 연구성과는 "Science"에 게재되었다. 우주의 모든 원자, 분자는 모두 끊임없이 운동하며 그들이 어떻게 운동하고 어떻게 충돌하는지에 대한 문제는 물리계에서 줄곧 규명하려고 노력한 중요한 규칙이다. 일반 실험에서 저속 촬영 기술을 통하여 탄알이 수박, 유리 등을 관통하는 과정을 관찰할 수 있다. 만약 원자와 분자의 만남, 충돌하는 각종 세부적 과정을 다양한 장면으로 전시할 수 있는 "3D 영화"를 제작할 수 있다면 양자 차원에서 화학반응의 미시적 규칙을 이해할 수 있다. 또한 촬영한 "샘플 사진"과 이론적 계산을 결합시켜 모델을 구축하여 분자와 원자의 상호작용을 역추정할 수 있다. 만약 모든 "역할"에 대한 모델링을 완성할 수 있다면 양자역학을 이용하여 원자, 분자 세계의 진실한 운행 상황을 시뮬레이션할 수 있다. 초저온 상태에서의 이원자 분자(Diatomic molecule)는 이미 세계 다수 실험실에서 제작하였지만 다원자 분자(Polyatomic molecule) 시스템은 복잡 수준이 대폭 증가되어 이론적으로 계산할 수 없다. 그러므로 최근 10여 년간 초저온 분자의 충돌 공진 관측은 해당 분야 실험에서의 중대한 연구과제로 되었다. 분자의 체적이 크고 질량이 무거운 입자는 초저온 상황에서 뚜렷한 양자 특성을 나타낸다. 해당 조건에서 분자의 이동 속도는 아주 늦기에 전기장 또는 자기장을 통하여 연구 대상을 확정할 수 있을 뿐만 아니라 그들의 구조 및 운동을 제어할 수 있는 충족한 시간적 여유가 있다. 연구팀은 초저온 원자 혼합 중에서 온도가 수백 나노 켈빈온도(k)인 초저온 분자를 제작하였으며 칼륨 40 원자와 나트륨 23, 칼륨 40 분자를 혼합하여 기저 상태의 다양한 초정밀 에너지급 상태를 제작하였다. 해당 칼륨-나트륨-칼륨 3체 시스템에서 자기장 조절 기반 정밀 조절을 이용하여 충돌 공진을 찾았으며 최종적으로 11개 공진을 "촬영"하였다. 연구팀은 다음 단계에 더욱 많은 공진을 측정함과 아울러 이론학자와 협력하여 정확한 예측 모델을 찾아내어 초저온 조건에서의 원자-분자 충돌을 파악·예측할 예정이다. 이는 초저온 분자 충돌을 연구하는 최종 목표이다. 정보출처 : http://www.cas.cn/cm/201901/t20190122_4677746.shtml |
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