바로가기 메뉴
주요메뉴 바로가기
본문 바로가기
하단메뉴 바로가기

노벨상인물

볼프강 케털리 WOLFGANG KETTERLE

볼프강 케털리 [이미지]
TAG
MIT (매사추세츠공과대학교)
  • 작성 2017-04-04
  • 조회 0
  • 출생1957-10-21
  • 국적 미국
  • 분야물리학
  • 소속매사추세츠공과대학
  • 출신대학뮌헨 공과대학
  • 주요업적보스-아이슈타인 응축
  • 수상노벨물리학상 (2001), 벤자민 프랭클린 상(2000)
TIP

정보에 오류가 있다면 수정요청 해주세요. 관리자 확인을 거쳐 수정/반영됩니다.

수정요청
인물정보

독일의 물리학자. 코넬, 와이먼과 함께 '보스-아인슈타인 응집'을 절대온도에 가까운 상태에서 실현, 수많은 원자가 마치 하나처럼 뭉쳐 있는 새로운 물질 상태를 만들어는 데 성공했고 원자물리학의 기본이 되는 이론을 증명한 공로로 노벨물리학상을 받았다.

1957년 10월 옛 도시의 정취와 유명한 성이 보존 되어있는 독일의 작은 마을 하이델베르크(Heidelberg)에서 태어났다. 케털리의 부모님은 세계 2차 대전 후, 많은 사람들이 더 나은 경제 활동의 기회를 찾아다니던 시기에 이곳에 정착했다고 한다. 그의 부모님은 전쟁 가운데 자란 반면 케털리는 평화롭고 안정적인 환경에서 유년 시설을 보냈다.

부모님은 음악, 운동, 과학에 흥미를 보였던 그의 형제들을 아낌없이 지원해주셨다. 부모님은 그럴 기회를 얻지 못했기 때문에 아이들에게는 확실한 방향으로 이끌어 주었고 흥미를 갖는 분야라면 그저 지켜보기 보다는 적극적으로 지원해 주셨다고 한다. 덕분에 그의 형제들은 각자 흥미를 갖고 있던 경제학과 교육이라는 전혀 다른 분야에서 성공할 수 있었다.

어릴 적부터 아버지의 전기도구들을 사용하여 가정 기기를 고치기도 했다. 화학에 대한 탐구는 지하실에서 시작되었는데 폭발성혼합물을 실험하도록 허락해 주실 만큼 그의 부모님은 그의 재능을 믿고 자랑스러워 하셨다. 초등학교 때는 수학선생님으로부터 많은 영향을 받았다. 선생님은 특별한 문제를 내서 케털리가 스스로 풀게 하였고 형식적이고 공식에만 치중된 풀이 방법보다는 해결능력에 초점을 맞추어 수학문제를 풀도록 가르쳤다. 과학과 수학뿐만 아니라 다른 과목에도 더 높은 점수를 받는 학급의 우수한 학생 이었고 축구, 농구와 육상경기 같은 활동적인 운동도 좋아했다. 그는 장거리 달리기와 장대높이뛰기 대회에 나가기도 했다. 성인이 되어서도 3시간 내에 마라톤을 완주하고 장거리 자전거 여행을 마치는 등 어릴 적 취미와 열정을 현재까지 이어가고 있다.

고등학교 졸업 후 그는 물리학과 수학 혹은 컴퓨터 공학을 공부하기 위해 대학에 가야겠다는 확신을 갖고 있었다. 1982년 뮌헨공업기술대학교를 졸업하고, 1986년 뮌헨대학교와 막스플랑크 양자광학연구소에서 물리학 박사 학위를 받았다. 막스플랑크 연구소와 하이델베르크대학교, 매사추세츠공과대학(MIT) 등지에서 박사 후 연구과정을 거친 뒤, 1993년 MIT의 교수로 임용되어 현재 석좌교수직을 맡고 있다.

'보스-아인슈타인 응축'(Bose-Einstein Condensation/BEC) 이론의 실증이라는 세계 원자물리학계의 해묵은 숙제를 해결한 볼프강 케테를레와 칼 E. 위먼, 에릭 A. 코넬과 함께 2001년 노벨 물리학상을 수상했다. 이 상을 주관하는 스웨덴 왕립과학 아카데미는 이들의 연구 성과에 따른 "새로운 물질 제어 기술이 정밀측정과 나노 기술 같은 분야에서 혁명적으로 응용될 것"이라고 평가했다.

케테를레의 초기 연구 분야는 분자분광학과 연소진단학 이었으나, 현재 연구 분야는 원자물리학과 레이저 분광학으로, 특히 극저온상태 원자물질의 새로운 특성을 규명할 목적으로 레이저 냉각 분야와 중성원자 포획 분야에 집중되어 있다. 또 그와 그의 연구팀은 양자가 축퇴한 기체와 레이저 방식의 원자빔 등을 연구하고 응용하는 데 초점을 맞추고 있다.

미국물리학회의 I. I. 라비 상(1997), 독일물리학회의 구스타프-헤르츠 상(1997), <디스커버 Discover>의 과학기술혁신상(1998), 저온물리학 부문 프리츠 런던 상(1999), 독일과학원상(1999), 벤저민 프랭클린 메달(2000) 등의 수상 기록을 가지고 있다.

<공동수상>

에릭 얼린 코넬(Eric Allin Cornell, 1961~)
미국의 물리학자.
스탠퍼드 대학교에서 공부하였으며, 1990년에 매사추세츠 공과대학에서 박사학위를 취득한 후, 실험천체물리학 합동연구소(JILA)에서 박사후과정을 이수하면서 공동 수상자인 칼 E. 위먼의 연구팀에 합류하여 보스-아인슈타인 응축 상태를 실현하는 데 기여하였다. 1992년부터 콜로라도 대학교에서 교수로 일하고 있으며, 2000년에는 국립 과학원 특별회원으로 선출되었다.

칼 에드윈 위먼(Carl Edwin Wieman, 1951~)
미국의 물리학자.
매사추세츠 공과대학에서 공부하였으며, 1977년에 스탠퍼드 대학교에서 박사학위를 취득하였다. 1979년에 미시간 대학교의 조교수가 되어 1984년까지 강의하였으며, 1984년에 콜로라도 대학교의 부교수로 임용된 후 1987년에 정교수가 되었다. 실험천체물리학합동연구소(JILA)의 연구교수로도 활동하고 있다. 연구진을 이끌면서 입자의 냉각·포획을 위한 레이저·자기 광학 병합장치를 직접 고안하는 등 보스-아인슈타인 응축의 실현에 기여하였다.'

펼쳐보기접어두기
시상연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
약 70여 년전 보스와 아인슈타인은 올해의 노벨 물리학상을 가능케 한 물질의 새로운 상태에 대한 이론적인 예측을 했습니다. 올해의 수상자들이 만들어 낸 물질의 새로운 상태는 이른바 보스-아인슈타인 응축상태입니다. 보통의 물질과 보스-아인슈타인 응축물의 관계는 전구에서 나오는 빛과 레이저 빛 사이의 관계와 유사합니다.

세계는 상호작용하는 입자와 파동으로 구성되어 있습니다. 물리적 실재에 대해 보통 우리는 파동과 입자를 쉽게 구분할 수 있다고 확신합니다. 그러나 실제로는 파동과 입자가 자신의 정체성을 바꾸기도 합니다. 빛의 파동은 광양자라는 질량이 없는 입자의 흐름으로 간주될 수 있고 물질 입자들은 때로는 파동과 같은 성질을 가집니다. 일반적으로 원자에 해당하는 파장은 극히 짧아 파동성을 관찰할 수 없습니다. 그렇지만 원자들이 매우 천천히 움직인다면 우리는 원자의 파동성도 관찰할 수 있습니다. 아인슈타인은 만약 기체가 매우 낮은 온도로 냉각된다면 모든 원자들이 가장 낮은 에너지 상태로 모일 수 있을 것이라고 예측했습니다. 매우 낮은 온도에서 개별 원자의 파동, 즉 물질파는 이제 하나의 파동으로 합쳐집니다. 이렇게 되면 원자들은 말 그대로 같은 음으로 노래를 부른다고 할 수 있습니다. 수천 개의 원자들은 하나의 큰 초원자처럼 행동합니다. 이것이 바로 보스-아인슈타인 응축입니다. 그러나 이 현상은 보손이라 불리는 특별한 유형의 입자에서만 일어날 수 있습니다. 전자는 다른 유형의 대표적인 입자입니다. 전자들은 전혀 사교적이지 않아 절대로 동일한 상태에 놓여 있지 않고 동일한 방식으로 행동하려고 하지 않습니다. 대신 전자들은 원자의 복잡한 전자껍질을 만들어 원소의 주기적인 시스템을 구성합니다.

보스-아인슈타인 응축을 만들기 위해서는 원자기체의 속도가 절대온도 0도보다 수백만 분의 1도 이상 높지 않아야 합니다. 1997년 노벨상 수상자들은 레이저를 사용해 원자기체를 냉각하고 포획할 수 있는 효과적인 방법을 개발했습니다. 그러나 보스-아인슈타인응축을 만들기는 여전히 매우 어려워 많은 연구자들은 실패에 실패를 거듭했지만 칼 위먼 교수는 성공적인 방법을 개발했습니다. 그는 이른바 자기광학 원자포획법으로 알칼리 금속을 레이저로 냉각시켰습니다. 그리고 증발냉각을 통해 원자의 속도를 계속 줄여 나갔습니다. 증발냉각법은 가장 빠른 속도를 가진 원자를 체계적으로 제거하는 방법입니다. 콜로라도 대학교 연구팀의 다방면에 걸친 노력 끝에 에릭 코넬 교수가 응축을 방해하는 마지막 남은 문제를 해결함으로써 루비듐원자를 사용한 성공적인 실험이 1995년에 보고되었습니다.

볼프강 케테를레 교수는 코넬 교수, 위먼 교수와 독립적으로 연구를 진행하여 이들보다 넉 달 늦게 레이저로 냉각된 나트륨 원자의 커다란 보스-아인슈타인 응축물을 보고했습니다. 케테를레 교수는 나트륨원자의 응축물이 보스-아인슈타인 이론에서 예측하는 단일한 결맞은 파로써 거동한다는 것을 입증하였습니다. 그의 실험은 두 개의 돌멩이를 잔잔한 물의 표면에 던졌을 때, 돌멩이가 만든 서로의 파동이 상호작용해 체계적인 방식으로 강화되고 약화되는 현상과 비슷합니다. 즉 물의 파동에서 보이는 간섭무늬와 비슷합니다. 이러한 결맞은 파동의 간섭무늬는 결맞지 않은 파동, 예를 들면 모래 두 움큼을 물에 던졌을 때 일어나는 현상과는 대조적입니다. 케테를레 교수는 응축물로부터 결맞은 물질의 빔을 추출할 수 있었으며 그 결과 최초의 원자레이저를 만들 수 있었습니다. 보통의 레이저가 결맞은 빛의 흐름을 만들어 낸다면 원자 레이저는 결맞은 물질의 흐름을 만들어 내는 것입니다.

결맞지 않은 원자들로 구성된 기체가 보스-아인슈타인 응축물이 되는 것은 마치 다른 음조와 다른 목재로 만들어진 오케스트라의 여러 악기가 개별적으로 워밍업을 한 후 모두 같은 음조로 만나는 것에 비견될 수 있습니다.

올해 수상자들의 선구적인 실험 후, 오늘날 20곳이 넘는 연구팀에서 보스-아인슈타인 응축물을 만들었습니다. 우리는 보스-아인슈타인 응축물을 사용한 많은 환상적인 응용들을 생각해 볼 수 있습니다. 느린 원자를 사용한 측정은 대단히 놀라운 수준의 정확도를 가질 것입니다. 아마도 우리가 오늘날 자연상수라고 생각하는 값이 정말 상수라는 것을 보일 수도 있습니다. 물질을 새로운 상태로 제어하는 보스-아인슈타인 응축물은 지금은 예상하기 힘든 분야에서 실질적인 응용이 이루어질 것입니다. 예를 들면 식각과 나노기술과 같은 분야에 말입니다.

코넬 교수님, 케테를레 교수님, 그리고 위먼 교수님.
여러분들의 보스-아인슈타인응축에 대한 선구적인 업적은 매우 결실이 풍부하고 잠재적으로 응용 가능성이 높은 연구 분야를 새로 열었습니다.

스웨덴 왕립과학원을 대신하여 여러분 위대한 성취를 축하드립니다. 이제 국왕 전하로부터 노벨상을 수상하시기 바랍니다.

-스웨덴 왕립과학원 순 스반메리

펼쳐보기접어두기
자료출처
[네이버 지식백과] 보스-아인슈타인 응축 (당신에게 노벨상을 수여합니다. | 노벨 물리학상, 2010. 1. 18., 바다출판사), 네이버 지식백과, Nobelprize.com

인기많은 STORY노벨과학상의 테마스토리도 둘러보세요!

바로가기
메인으로 가기맨위로 가기