과학기술정보통신부는 연세대 김근수(사진) 교수 연구팀이 국제 공동연구를 통해 세계 최초로 고체 물질 속에서 빛으로 관측할 수 없는 ‘암흑 전자’의 존재를 규명했다고 29일 밝혔다.
자연에는 빛을 흡수하거나 방출하지 않아 관측이 어려운 암흑 상태가 존재한다. 이는 다양한 자연 현상에 영향을 주기 때문에 확인되지 않은 암흑 상태의 존재 규명은 인류가 정복하지 못한 여러 난제 해결의 실마리를 제시할 수 있다.
지금까지 발견된 암흑 상태의 전자는 원자나 분자에 존재했고, 수많은 연구들은 고체 물질 속의 전자는 암흑 상태로 존재하는 것이 불가능하다고 여겨왔다.
김 교수 연구팀은 같은 종류의 원자가 한 쌍으로 대칭을 이룰 때 발생하는 양자 간섭을 연구하던 중, 이를 두 쌍으로 확장하면 어떤 조건에서도 관측이 불가능한 암흑 상태의 전자가 존재할 것으로 추측했다.
이후 4년 동안 꾸준히 연구하면서 전자의 암흑 상태를 설명하는 모델을 고안했고, 방사광가속기를 활용해 고온초전도체 구리 산화물에서 관측할 수 없었던 전자가 암흑 상태에 해당함을 밝혀내는 데 성공했다.
김 교수는 “이번 성과를 바탕으로 현대 물리학의 오랜 난제인 고온초전도의 비밀을 푸는 데 도전할 계획”이라고 밝혔다. 이번 사업은 과기정통부 기초연구사업(글로벌 리더연구)의 지원으로 수행됐고, 국제학술지 네이처 피직스에 이날 오전 10시(현지시간) 게재됐다.