NEFC

프랑스의 물리학자. 연구분야는 원자의 준위, 라만스펙트럼, 야광스펙트럼, 광펌핑, 레이저, 주파수 표준계, 고감도 자기력계, 스핀교환, 핵자기모멘트의 측정 등이다.

1921년 그는 프랑스 고등 사범학교(？cole normale sup？rieure, ENS)에 들어갔고 1926년 리세(Lycee)로 떠나 5년간 뮐루즈의 고등학교에서 물리학을 가르친다. 그 후 보르도 대학교에서 보조교사로 일하다가 1941년 교수가 되었다. 독일 점경시기에 조르주 브뤼아(Georges Bruhat)로 부터 바리로와 프랑스 고등 사범학교에서 물리학 교육센터를 설립하는데 도와줄 것을 요청받아 이직 후 1952년 파리 과학 시설에 총장이 되었다.

콜마르 국립 고등학교에서 카스틀레르는 그의 수학선생님으로 인해 처음으로 과학에 대한 그의 흥미를 갖게 된다. 가까이에서 에콜 노르만 쉬페리와르에 입할 할 수 있도록 카스틀레르를 도운 마위트(Mahuet)와 브루놀드(Brunold)에 의해 수학에 대한 관심을 갖게 되었고, 그 학교의 활발함과 화기애애한 분위기 속에서 유제인 블로흐(Eugene Bloch, 나중에 아우슈비츠에서 자취를 감추었다.)는 그의 학생들에게 보홀의 원자와 양자 물리학을 접할 수 있게 하였다. 스팩트럼선과 원자 구조에 관한 좀메르펠트의 책은 루비노위즈(Rubinowics)에 의해 원자와 방사선 사이 에너지 교환을 적용한 가속도의 보존 원리를 그에게 소개하였고 이 원리는 카르스틀레르의 전체적 연구의 가이드가 되었다.

그의 제 2차 세계 대전 이후의 대부분의 연구는 그의 제자였던 장 브로셀과 함께 프랑스 고등 사범학교에서 소규모 그룹 형태로 이루어졌다. 하지만 점령기간 동안 프랑스 과학자들은 사실상 세상으로부터 고립되어 아무런 지식적 교류를 할 수 없었다. 1945년 학생들을 서양으로 보낼 수 있게 되었을 때, 현재까지의 과학적 진행에 있어서 가장 최근의 계발지식들을 가져가 그들 중에 장 브로셀(Jean Brossel) MIT공대에서 칼비터 지도아래 많은 정보와 지식을 갖고 1951년 돌아왔다. 브로셀이 MIT공대에 있는 동안 수성 원자의 활성화 상태 등 많은 새로운 연구를 시도함과 동시에, 카스틀레르는 “광펌핑”기에 의한 방법을 보완하였고 이것은 마이크로 웨이브 공명에서 기초적인 원자의 상태까지를 연구하기 위한 광학적 방법에 적용시킬 수 있게 되었다. 40년동안 이어진 이 연구 그룹은 다수의 젊은 과학자들을 배출해내어 프랑스의 원자 물리학 발전에 큰 공헌을 하였다. 그 공헌으로 헤르츠 분광학 연구소(프랑스어: Laboratoire de Spectroscopie Hertzienne)는 1994년에 카스틀레르-브로셀 연구소(프랑스어: Laboratoire Kastle-Brossel)로 이름이 바뀌었고 연구소의 본원은 에콜 노르말 쉬페리외르에, 분원은 피에르와 마리 퀴리 대학교에 두었다.

1924년 프랑스 고등사범학교 친구였던 엘리스 코셋(Elise Cosset)과 결혼한다. 중학교에서 교직생활을 하면서 알프레드가 그의 연구에 혼신을 기울일 수 있도록 도았다. 슬하에 세 아이를 두었고 6명의 손주들이 있으며 첫째 다니엘은 마르세유에잇는 과학시설에서 물리학 교수로 있으며 이론적 물리학 문지들을 연구하고 있다. 둘째 미레유(Mireille)는 파리 안과의사이며, 셋째 클로우드 이브(Claude-Yves)는 그레노블 문화시설에서 러시아 교사로 근무 중이다.

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
1930년대 초반 알프레드 카스틀레 교수가 과학자의 길을 걷기 시작하면서 그는 빛의 산란에 관한 문제에 빠져들었습니다. 그는 이 현상을 해석하기 위해 완전히 새로운 방법들을 사용했습니다. 카스틀레 교수 이전에는 어떤 원자로부터 방출된 빛을 그와 동일한 원자들이 들어 있는 반응기에 조사하는 방법으로 산란에 대한 연구가 진행되어 왔습니다. 빛을 받은 원자들은 더 높은 에너지 준위로 여기되는 공명이 일어나는데, 그러면 여기상태의 원자가 안정한 상태로 돌아오면서 강한 형광을 발생시킵니다.

카스틀레 교수의 연구가 진행되기 직전에 이 현상은 많은 관심을 끌고 있었는데, 광원과 공명이 일어나는 반응기 사이에 편광양자를 놓으면 형광이 강한 편광특성을 갖는다는 것이 발견되면서, 그리고 이러한 편광현상이 형광을 내놓는 원자들에 자장을 가함에 따라 크게 달라진다는 것이 발견되면서 더욱 큰 관심의 대상이 되었습니다.

카스틀레 교수는 이러한 현상들에 대한 지식의 발전에 크게 기여했습니다. 그는 원자의 방향과 방사형광의 편광특성과의 관계를 연구해 오늘 노벨상의 영예를 가져온 연구의 기반을 구축할 수 있었습니다.

시작은 헤르츠파공명에 관한 연구였습니다. 헤르츠파공명은 원자들이 라디오파나 마이크로파와 반응할 때, 즉 가시광선보다 1,000분의 1 이하의 주파수를 가진 전자기파와 반응할 때 발생하는 현상입니다. 이런 주파수의 파동을 이용하면 매우 미세한 스펙트럼들을 상세하게 연구할 수 있습니다. 이러한 스펙트럼들은 광학분광기로도 관찰할 수는 있지만 충분히 높은 정밀도로 측정할 수는 없는 것들이었습니다. 헤르츠파공명은 원래 이런 목적으로 연구되었으며, 1938년 라비 교수가 자기장 속에서 원자들의 방위에 따라 에너지 준위가 여러 개의 에너지 준위들로 갈라지는 것을 정밀하게 측정하는 데 성공했습니다. 이러한 스펙트럼의 미세한 구조는 형태만 다를 뿐 핵의 전자기모멘트에 의해 에너지 준위가 갈라져 준준위들이 생기기 때문에 나타나는 현상입니다. 라비 교수는 이 엄밀한 측정에 기초하여 핵의 전자기모멘트를 매우 정확히 계산할 수 있었습니다.

카스틀레 교수는, 그의 학생이었으며 나중에 아주 절친한 공동연구자가 된 장 브로셀의 도움으로 헤르츠파공명을 연구할 수 있는 광학적 방법을 처음으로 제안했습니다. 그들은 공명주파수를 갖는 편광을 이용하면 여기된 상태의 자기적 준준위들을 선택적으로 여기시킬 수 있음을 보여 주었습니다. 높은 주파수로 진동하는 자기장이 인가되면, 이 주기와 일정한 자기장과의 비율에 따라 헤르츠파공명이 일어나게 됩니다. 헤르츠파공명은 자기장에 의해 분리된 에너지 준준위들의 전자 개수를 같게 만들며 따라서 관찰되는 형광에도 영향을 줍니다. 실제로 앞에서 설명한 프로세스의 공명장치 주위에는 라디오파나 마이크로파의 전류를 흘려 주는 코일이 감겨 있습니다.

몇 년뒤 브로셀은 미국 물리학자인 비터와 공동으로 그 실험을 실시했습니다. 비터는 구체적인 방법을 제안하지는 않았지만, 헤르츠공명을 여기상태까지 확대하기 위해 광학공명과 헤르츠공명을 결합하자는 제안을 하였습니다. 그는 브로셀-카스틀레의 방법을 이중광학 공명이라고 불렀습니다.

1950년, 공명복사 산란과 관련된 원자레벨의 반응에 대한 깊이 있는 분석을 통해 카스틀레 교수는 광학펌핑이라는 새로운 방법을 제안했습니다. 카스틀레 교수는 원자에 원형편광된 공명복사선을 비추면, 기저상태로 돌아간 원자들은 어떤 준준위에 농축되며 적당한 실험 조건에서 특정 방향으로 방향성을 갖는다는 것을 보여 주었습니다. 그는 이 방법으로 원자들과 원자핵들의 방향성을 결정할 수 있다고 제안했습니다. 2년 뒤 브로셀 교수, 카스틀레 교수, 그리고 윈터 교수는 실제로 이 실험에 착수했습니다.

이중공명과 광학펌핑은 용이하게 관찰이 가능한 광학적 효과들을 일으키기 때문에 매우 민감하게 헤르츠공명현상을 감지할 수 있도록 해줍니다. 이 방법은 전자스핀공명이나 핵자기공명과는 전혀 다른 원리에 기초하며 매우 밀도가 낮은 물질의 분석에 사용될 수 있습니다. 또한 이 방법들은 카스틀레 교수와 브로셀 교수, 그리고 그외의 젊고 훌륭한 과학자들의 체계적인 협력으로 개발되었습니다. 이를 통해 대단한 성과를 거두었으며 많은 응용가능성이 밝혀졌습니다.

카스틀레 교수의 이중공명을 이용하여 연구된, 여기상태가 관련된 현상의 중요한 예로는 공명챔버 내의 압력 증가에 따라 스펙트럼선이 좁아지는 현상을 들 수 있습니다.

광학펌핑에 관한 실험은 원자선들을 이용해서 최초로 이루어졌습니다. 카스틀레 교수와 연구진들은 진동하는 자기장의 여러 양자들과 원자들과의 동시다발적인 반응에 관해 깊이 있는 이론적이고 실험적인 연구를 수행했습니다. 공명챔버 내의 증기를 이용한 이 실험이 성공을 거두면서 광학펌핑 기술에도 큰 발전을 이루었습니다. 펌핑 후 원자들이 불규칙 상태로 돌아간다는 아주 흥미로운 사실도 밝혀졌습니다. 이 사실은 원자간 충돌과 원자들과 챔버 벽 사이의 충돌 현상을 이해할 수 있는 핵심 정보를 제공했습니다.

최근 몇 년 동안 카스틀레 연구실의 코앙타누지 교수는 매우 중요한 연구를 진행해 오고 있습니다. 그들은 광학펌핑된 원자들이 전자기장과 반응하면 에너지 준위들이 달라지고 확대된다는 사실을 발견했습니다.

카스틀레 교수의 광학펌핑 아이디어는 핵모멘트를 매우 정확히 측정하는 데에도 사용되었으며 레이저의 개발에도 대단히 중요한 역할을 했습니다. 광학펌핑을 이용해서 원자시계뿐 아니라 사용이 쉽고 매우 민감한 자기력 측정 장치도 만들 수 있었습니다.

알프레드 카스틀레 교수님.
교수님의 옛 제자인 장 브로셀 등과 함께 이룬 발견들로 교수님은 광학 분야에서 프랑스의 위대한 전통을 완성하였습니다. 교수님의 방법은 교수님 자신과 실험실의 빛나는 명성에 이끌린 뛰어난 젊은 과학자 그룹에 의해 완성되었고, 수많은 기초 연구들에 적용되어 왔습니다. 교수님은 특유의 아량과 따뜻함으로 동료들의 연구를 꾸준히 독려해 오고 계십니다.

교수님, 이제 전하로부터 노벨 물리학상을 수상하시기 바랍니다.

스웨덴 왕립과학원 노벨 물리학위원회 이바르 발러 교수