1000조분의 1초 관측 성공, 얼마나 짧은 시간일까...'상상 초월'
1000조분의 1초 관측 성공 소식이 전해져 화제가 되고 있다.
국내 연구진이 원자들이 만나 1000조분의 1초 단위로 화학결합을 거쳐 분자가 완성되는 과정을 관측하는 데 성공했다.
기초과학연구원(IBS) 나노물질 및 화학반응 연구단의 이효철 그룹리더는 “펨토초(1000조분의 1초) 엑스선 펄스라는 특수 광원을 이용해 ‘금 삼합체(gold trimer)’ 내에서 화학반응이 일어나는 순간을 처음으로 관측했다”고 22일 밝혔다.
연구진은 원자 간 결합을 관측하기 위해 펨토초 엑스선 펄스라는 특수 광원과 평소에는 가까운 곳에 흩어져 있다가 레이저(빛)를 쏘아주면 반응해 화학적으로 결합하는 성질이 있는 금 삼합체라는 화합물을 이용했다.
원자의 지름은 1옹스트롬(1억분의 1㎝)이고 화학결합 순간은 1조분의 1초 정도다. 원자 간 화학반응을 감지하려면 빛의 파장이 원자 수준으로 짧아야 하고 빛의 시간과 길이는 원자 간 결합 순간보다 짧아야 한다. 이 조건을 만족하는 광원이 바로 1000조분의 1초인 펨토초 엑스선 펄스다.
연구진은 레이저 기술과 엑스선 회절법 기술을 결합한 펨토초 엑스선 회절법으로 빠른 분자의 움직임을 정확한 위치와 함께 측정했고, 이 방법을 이용해 금 삼합체 내부의 금 원자들 사이에서 화학결합이 형성되는 순간을 실시간으로 관측했다.
1000조분의 1초 관측 성공 결과는 과학저널 ‘네이처’ 18일자에 게재됐다. 연구진은 2005년에 분자결합이 끊어지는 과정을 밝힌 논문을 ‘사이언스’에 발표한 바 있어 이번 연구로 화학결합의 시작과 끝을 모두 규명하는 성과를 이뤄냈다.
1000조분의 1초 관측 성공으로 연구진은 앞으로 펨토초 엑스선 회절법을 단백질의 탄생 순간과 단계별 구조 변화를 밝히는 데 적용할 계획이다. 특히 찰나 시간대에 일어나는 분자의 진동, 회전운동도 관측하고, 실험 대상을 단백질로 확장해 단백질 구조 변화의 시발점을 밝혀낼 것으로 기대되고 있다.
인터넷팀 김은혜 기자 keh@segye.com