보스-아인슈타인의 응축 현상이란?

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극저온 물질이 나타내는 

보스-아인슈타인(Bose-Einstein)의 응축 현상

 

 

헬륨이라는 원소는 우주 전체를 볼 때는 수소 다음으로 많지만 지구의 대기 중에는 0.0005%뿐이다. 헬륨은 가벼우면서 폭발 위험이 없는 기체여서 기구(氣球 ballon)에 넣고 있다. 헬륨의 온도를 냉각시켜 액체 헬륨으로 만들면 그 온도가 섭씨 영하 273.15도 가까이까지 내려간다(극저온 참조). 이보다 더 낮은 온도는 없으므로 이때의 온도를 절대온도 0도(absolute zero)라고 하며, ‘0 K'로 나타낸다. 이때 사용하는 K는 절대온도 눈금 사용을 제안했던 스코틀랜드의 물리학자 켈빈(Kelvin) 경(본명 윌리엄 톰슨 1824-1907)의 이름을 딴 것이다. 

 

인도의 물리학자 사챈드러 나스 보스(Satyendra Nath Bose 1894-1994)와 아인슈타인은 절대온도에 가까운 물질의 원자들은 움직임이 거의 없어지고, 원자끼리의 마찰이나 점성(粘性)이 없어지며, 원자 사이의 간격이 매우 가까워지는 현상 등이 일어나, 원자와 분자는 본성(本性)을 잃고 특수한 상태의 성질을 나타낼 것이라는 내용을 담은 논문을 발표했다.

 

 

1924년에 두 과학자가 공동 예견한 이러한 현상을 ‘보스-아인슈타인 응축 현상’(Bose-Einstein Condensate)이라 한다. 미국의 물리학자 에릭 코널(Eric Cornell 1961-)과 칼 와이먼(Carl Wieman 1951-)은 1995년에 루비듐 원자로 이루어진 기체를 절대 0도 가까이 내려, 보스-아인슈타인 응축 현상을 증명하는 새로운 상태의 물질을 만드는 실험에 성공했다. 이 실험으로 코널과 와이먼은 2001년에 노벨 물리학상을 수상했다.

 

인도의 물리학자 보스는 보스-아인슈타인 응축 현상에 대해 예견한 논문을 아인슈타인에게 먼저 보냈다. 아인슈타인은 이 논문을 높이 인정하고, 자신의 연구를 추가하여 공동 명의로 논문을 발표했다.

 

 

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