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이고르 탐 Igor Y. Tamm

이고르 탐 [이미지]
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MIPT (모스크바 물리기술원)
  • 작성 2016-12-21
  • 조회 4,750
  • 출생1895-07-08
  • 국적 러시아
  • 분야물리학
  • 소속모스크바 물리기술원
  • 출신대학모스크바대학
  • 주요업적체렌코프효과의 발견과 해석
  • 수상노벨 물리학상(1958)
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인물정보

구소련의 물리학자. 초기에는 결정광학이나 고체에 의한 분산광의 양자론 등을 연구하였다. 중성자의 자기모멘트에 관한 연구와 핵력 연구 등이 있으며, 열핵반응의 제어, 우주선 샤워에 관한 연구로도 유명하다. 또한 체렌코프효과의 이론적 해명을 하였다.

1895년 7월 8일 블라디 보스톡 출생. 1918년 모스크바 대학에서 물리학을 전공하였고 졸업 후 바로 고등 교육기관에서 공부를 했다. 계속해서 조교, 강사, 교사, 교수를 역임했고 모스크바 대학과 폴리테크닉컬 엔지니어링 연구소에서 학생들을 가르쳤다. 탐 박사는 물리수리과학 분야에 박사학위를 받았다. 1934년부터 소련 과학 아카데미의 레베데프 연구소의 이론 분야를 맡아왔다.

1914년 세계 1차 대전이 일어났던 당시 자원하여 군대에 입대한다. 1917년 혁명운동에 참가하였고 전쟁을 판대하는 캠페인을 벌이고 3월 혁명 이후 혁명 위원회로 활동하기도 했다.

그의 과학적 활동에 있어서 결정적인 영향을 준 것은 1920년부터 탐 박사를 지도해 주었던 만델스탐(Mandelstam)교수였다. 탐 박사는 우수한 이론물리학자였다. 그의 초기 연구 주제는 고체 물질에서 확산되는 빛에 관한 양자 이론과 결정광학 이였고 후에 그의 관심사를 양자 메카닉과 상대성 이론으로 돌려 핵입자의 상호작용 연구에 합류하게 되었다. 프랑크(I.M. Frank)박사와 함께 빛의 속도 보다 빠른 전자의 방사선에 대한 이론적으로 풀어나갔으며 원자핵 융합 반응의 통제 방법을 연구하는데 기여하기도 했다. 이런 연구를 통해 두 권의 책을 편찬해 내는데 ‘상대론적 소립자의 상호작용(1935)’과 ‘중성자의 자기 모멘트(1938)’였다.

1923년 5월 1일 탐 박사는 모스크바 대학에서 다시 물리학을 가르치기 시작했다. 같은 해에 독특한 상대성이론에 관한 전기 전력의 비등방성 매질이라는 첫 논문을 발표한다. 1928년 레이덴 대학에서 파울 에렌 퍼스터(Paul Ehrenfest)와 몇 달간 연구를 하며 보냈다. 1934년 탐과 알트슐러(Semen Altshuller)박사는 중성자가 0이 아닌 자성의 순간을 갖는다는 주장을 하였고 이 생각은 당시 중성자가 0전하에서 기본 입자라고 제시되어 왔던 당시의 회의적인 태도와 맞닿았다. 같은 해에 탐박사는 양성자-중성자 상호작용이 아직 알려지지 않은 거대한 입자에 의해 전해지는 교환력으로 설명될 수 있다고 주장하였다. 이 생각은 후에 일본 물리학자 유카와 히데키(Yukawa Hideki)박사에 의해 핵력의 중간자이론으로 심화하여 연구되었다.

1940년대 말부터 1950년 초까지 소련 수소 폭탄 프로젝트에 참여하였다. 1949년부터 1953년 까지 그의 대부분의 시간을 사로브의 폐쇄된 도시에 거주하면서 수소폭탄 개발 팀을 이끌어 나갔다. 하지만 처음으로 수소폭탄을 시험한 것은 1953년 프로젝트에서 은퇴 후 모스크바 레베데브 물리학 연구소에서였다.

<공동수상>

일리야 미하일로비치 프랑크(Ilya Mikhaylovich Frank, 1908~1990)
소련의 물리학자.
모스크바 대학교에서 공부한 후, 1931년 레닌그라드 국립광학연구소에 들어갔다. 1935년에 물리학 및 수학 박사학위를 취득한 뒤 1944년에 모스크바 대학교 물리학과 학과장이 되었으며, 1946년에는 과학아카데미 회원이 되었다.

파벨 알렉세예비치 체렌코프(Pavel Alekseyevich Cherenkov, 1904~1990)
소련의 물리학자.
1928년 보로네슈 대학교를 졸업한 후 1930년 과학아카데미의 레베데프물리학연구소에서 연구하였다. 1940년에는 물리학 및 수학 박사학위를 취득하였다. 러시아 과학 아카데미 물리학 연구소에서 연구학생으로 있던 1934년에 체렌코프 복사효과를 관찰했다. 그는 이 연구소의 연구원으로 있다가 1959년에 정교수가 되었다.

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시상연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
오늘 노벨상을 수상하게 된 체렌코프 효과의 발견은 비교적 단순한 관찰이 적절한 연구 방법을 통해 중요한 발견으로 이어지고, 과학 연구에 새로운 길을 여는 것을 보여 주는 매우 좋은 예입니다. 이런 과학자들은 과학적 진보의 계기가 되는 독창적이고 직관적인 실험을 수행하는 능력을 타고 나는 것처럼 보입니다.

1930년대 초반의 파벨 체렌코프는 모스크바 레베데프 연구소의 학생이었습니다. 그의 스승인 바빌로프 교수가 그에게 준 논문의 연구 주제는 라듐에서 나오는 방사선이 여러 액체 속을 통과하면서 흡수될 때 어떤 일이 일어나는지를 연구하는 것이었습니다. 물론 이 문제는 이미 많은 과학자들이 관심을 가졌던 문제였으며, 방사선이 통과할 때 액체로부터 희미하게 비쳐 나오는 푸른빛도 이미 많은 사람들이 관찰했던 것입니다. 프랑스의 루시앙 말레의 관찰이 바로 그런 것에 해당됩니다. 그들은 이것이 잘 알려진 형광현상이 푸른빛으로 발현되는 것이라고 생각했습니다. 형광현상은 이미 50년 전부터 잘 알려져 있었고 이 현상을 응용한 분야도 많았습니다. 예를 들면 엑스선 형광 현미경은 엑스선이 형광판을 때려서 발광하는 것을 눈에 보이도록 만든 것입니다.

그러나 체렌코프 교수는 그가 관찰한 발광이 형광의 특성을 가지고 있지 않다는 점에 주목했습니다. 그런 생각은 첫 번째 실험에서 바로 증명되었습니다. 체렌코프 교수는 발광이 액체의 조성과 무관하게 일어난다는 것을 발견했는데 이것은 형광현상과 확연하게 다른 성질입니다. 두 차례 증류한 물을 이용한 실험에서 액체 내의 불순물에 의한 형광 가능성도 완전히 배제할 수 있었습니다.

체렌코프 교수는 이 새로운 발광현상을 연구 주제로 삼아 체계적인 추가 연구를 진행했습니다. 그는 이 발광이 라듐방사선이 들어오는 방향으로 편광되어 있음을 발견했습니다. 또한 라듐에서 나오는 전자들만 액체 속에 조사되었을 때에도 동일한 발광이 일어나는 것을 관찰함으로써 라듐방사선이 만든 매우 빠른 2차 전자가 이런 가시광선 발광의 주요 원인임을 알아냈습니다.

체렌코프 교수는 1934년부터 1937년 사이에 러시아 학술지에 발표한 연구들에서 이 새로운 발광의 일반적인 특징들을 모두 밝혔지만 여전히 이에 관한 수학적 이론은 없는 상태였습니다. 이 시점에 모스크바에 있는 체렌코프 교수의 동료들이 새로운 그림을 그리기 위해 뛰어들었습니다. 왜 매우 빠른 전자가 유체 속을 지나갈 때 체렌코프 교수가 발견한 특성의 발광이 일어나는 것일까요? 처음에는 이 현상이 대단히 이해하기 힘든 것처럼 보였지만 프랑크 교수와 탐 교수는 간단 명료하게 수학적 엄밀성을 갖추어 설명하였습니다.

그 현상은 파도보다 빠른 속도로 진행하는 배에 뱃머리파가 생기는 것과 비슷합니다. 여기 누구나 할 수 있는 간단한 실험이 있는데, 먼저 물이 담긴 그릇에 어떤 물체를 떨어뜨리고 원형의 파가 진행하는 속도를 관찰합니다. 그런 다음 처음에는 물체를 수면에서 아주 천천히 움직이다가 점점 속도를 빨리합니다. 물체의 속도가 수면파의 속도보다 빨라지면 뱃머리파가 형성되어 뒤로 비스듬하게 퍼져 가는 것을 알 수 있습니다. 이 경우 수면파의 속도는 작기 때문에 뱃머리파를 만드는 것은 쉽습니다. 공기 중에서는 제트기가 이른바 소리장벽을 돌파할 때, 즉 시속 1,000킬로미터인 음속보다 빠르게 날아갈 때 동일한 현상이 일어납니다. 이때 폭발음이 발생하는 것이 바로 그것입니다.

체렌코프 교수의 경우처럼 전자와 같은 대전입자가 매질을 통과할 때 가시광선의 뱃머리파가 만들어지려면 그 입자가 빛의 속도보다 빠른 속도로 매질을 통과해야 합니다. 아인슈타인의 상대성원리를 생각하면 이런 조건을 만드는 것은 불가능해 보입니다. 하지만 아인슈타인의 이론에서 빛의 속도는 진공에서의 속도를 말하며, 액체나 투명한 고체와 같은 매질에서는 빛의 속도가 진공에서보다 느려지고 파장에 따라 그 속도가 달라집니다. 학창시절의 프리즘을 통한 빛의 굴절실험을 상기해 보면 이 사실을 잘 이해할 수 있습니다. 따라서 이런 매질에서는 방사능 물질에서 나오는 고속의 전자가 빛의 속도보다 빠르게 운동하는 것이 가능해집니다. 이 조건에서 체렌코프 교수의 뱃머리파가 형성되어 전자들의 빠른 이동 경로를 따라 액체로부터 마술 같은 푸른빛이 나오는 것입니다.

물속에 우라늄 반응로가 잠겨 있는 수영장 원자로를 내려다보면 아주 아름답습니다. 내부 전체가 푸른색의 체렌코프광으로 빛나는데, 이 빛을 이용해서 반응기의 내부 사진을 찍을 수도 있습니다.

1955년 체렌코프 효과는 음전하를 띠는 수소핵인 반양성자의 발견 같은 새로운 소립자에 관한 최근의 성공에 결정적인 역할을 하였습니다. 이 효과에 기초하여 단일입자들의 거동을 기록할 수 있는 장치가 설계되었습니다. 물론 입자가 충분히 빠른 속도일 때에만 이 장치에 기록이 되며 동시에 속도가 측정됩니다. 속도를 측정하기 위해서는 뱃머리파의 각도가 입자의 속도에 의존한다는 사실을 이용하는데, 상당히 높은 정밀도입니다. 파도를 가르는 배에서 보는 것처럼 입자의 속도가 클수록 뱃머리파 사이의 각도는 작아집니다.

체렌코프 감지기라고 부르는 이런 새로운 방사선 감지기는 소립자를 매우 높은 속도로 가속하는 대형 원자가속기의 가장 중요한 장치 중 하나가 되었습니다. 약 20년 전 체렌코프 교수와 프랑크 교수, 그리고 탐 교수가 발견한 물질의 기본구조와 특성은 현재 대단히 중요한 응용으로 이어졌습니다.

체렌코프 교수님, 프랑크 교수님, 그리고 탐 교수님.
스웨덴 왕립과학원은 체렌코프 효과의 발견과 이론적 설명의 공로로 노벨 물리학상을 여러분께 수여하기로 하였습니다. 이 발견은 잘 알려져 있지 않은 물리현상에 한줄기 빛을 던졌으며, 원자의 연구에 매우 유용한 도구를 제공하였습니다. 과학원을 대신하여 마음속 깊이 축하의 말씀을 드립니다.

이제 나오셔서 전하로부터 노벨상을 수상하시기 바랍니다.

-스웨덴 왕립과학원 노벨 물리학위원회 K. 시그반

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자료출처
[네이버 지식백과] 체렌코프효과의 발견과 해석 (당신에게 노벨상을 수여합니다. | 노벨 물리학상, 2010. 1. 18., 바다출판사), nobelprize.com, 네이버, 구글

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