우주에서 가장 낮은 온도에 도전하는 나사

(Artist's concept of an atom chip for use by NASA's Cold Atom Laboratory (CAL) aboard the International Space Station. CAL will use lasers to cool atoms to ultracold temperatures.

Credits: NASA)

 나사가 우주 공간에서 가장 추운 곳을 만들기 위해 실험을 준비하고 있습니다. 저온 원자 실험실 Cold Atom Laboratory (CAL)이라고 불리는 이 실험장치는 사실 아이스박스 만한 크기로 작은 크기지만, 올해 8월 발사 예정인 스페이스 X의 CRS-12에 실려 국제 유인 우주 정거장에 올라가 우주에서 가장 낮은 온도를 테스트할 장비입니다. 

 CAL은 레이저를 이용해서 원자의 흔들림을 잡아 절대 영도에서 불과 10억분의 1도 높은 수준까지 온도를 낮출 수 있습니다. 이는 우주에서 존재하는 자연적인 초저온 상태보다 1억분의 1정도 되는 극저온 상태입니다. 초저온 상태에서는 물질이 통상적인 물리 법칙을 따르지 않고 독특한 현상을 일으키는데, 초전도 효과도 그 중 하나입니다. 하지만 CAL이 달성하는 초전도 현상이 일어나는 온도보다도 훨씬 낮은 극초저온입니다. 

 이 상태에서 나타나는 독특한 현상은 보즈 - 아인슈타인 응축물 (Bose-Einstein condensates)이라는 것입니다. 각각의 원자가 뭉쳐 마치 하나의 원자처럼 나타나는 현상입니다. 독특하게도 이 상태의 입자는 마치 파동처럼 존재합니다. 

 물론 보즈 - 아인슈타인 응축물은 지구에서도 관측이 가능하지만, 지구에는 강한 중력이 있어 제대로 된 관측이 어렵습니다. 미세 중력 상태인 ISS에는 이 현상을 훨씬 잘 관측할 수 있을 것입니다. 지구에는 1초도 관측이 어렵지만, ISS에는 5-10초간 관측이 가능할 것이며 앞으로는 수백초간 관측이 가능해질 것으로 기대하고 있습니다. 

 현재 5개의 연구팀이 CAL을 이용한 연구 과제를 신청한 상태이며 앞으로 더 많은 극초저온 연구가 이뤄질 것으로 기대됩니다. 이 가운데는 보즈 - 아인슈타인 응축물을 연구실에서 처음 만들어내 노벨 상을 받은 코넬 대학 연구팀이 있습니다. 

 이렇게 ISS는 미세 중력 상태를 이용한 연구에 최적의 장소지만, 미래 계획은 불투명합니다. 당장에 큰 이익을 만들수는 없지만, 인류의 미래를 위해서 우주 개발과 연구는 계속 필요하다고 생각합니다. 

 참고 

https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-wants-to-create-the-coolest-spot-in-the-universe