올해 노벨 물리학상은 데이비드 사울리스 워싱턴대 교수, 던컨 홀데인 프린스턴대 교수, 마이클 코스털리츠 브라운대 교수 등 3명의 영국 태생 응집물질물리학자에게 돌아갔다. 응집물질물리학(condensed matter physics)은 물질의 거시적인 물리적 특성을 미시적 관점에서 연구하는 물리학의 한 분야다.

스웨덴 왕립과학원 노벨상위원회는 4일(현지시간) 데이비드 사울리스 교수 등 3명이 수학의 위상학(totplogy)적 개념을 이용해 균질한 물질이 어느 온도 및 압력으로 기체, 액체, 고체 등 하나의 상에서 다른 상으로 변화하는 현상인 상전이(phase transition)와 초전도체, 초유동체, 매우 얇은 자기필름 등 특수한 물질 상태를 이론적으로 연구하기 위한 수학적 방법론을 향상시킨 공로로 물리학상을 수여한다고 밝혔다.

이들은 1970년대부터 물질의 특이한 상태 및 위상 문제를 꾸준히 연구해 알려지지 않은 물질의 세계로 향하는 문을 연 것으로 평가받고 있다.

노벨상위원회는 물질의 위상학적 단계와 전이에 대한 이들의 이론적 발견을 통해 물질의 새로운 이상상태를 연구할 수 있게 됐다고 언급했다.

사제지간인 사울리스 교수와 코스털리츠 교수는 영국 버밍험대학 시절인 1972년 함께 발표한 논문을 통해 2차원의 특수한 조건에서 고체, 액체, 기체의 통상적인 상전이가 존재하지 않고 소용돌이와 반소용돌이의 특별한 패턴이 생긴다는 것을 이론적으로 제시했다. 일반적인 이론으로 설명이 가능한 3차원과 달리 이전까지 다루기 까다롭고 규명이 어려웠던 2차원에서의 물질 회전과 변화 상태를 수식 등을 통해 이론적으로 정리한 것이다.

박제근 서울대 물리천문학부 교수는 “위상 상태가 2차원의 특수한 상황에서 고체, 액체, 기체라는 통념적인 상태가 존재하지 않는다는 것을 이론적으로 예측했고, 이후 이들의 이론이 증명됐다”고 설명했다.

또 홀데인 교수는 11년 후인 1983년 1차원에서의 위상학적 상전이 현상을 논문으로 발표해 큰 주목을 받았다.

박제근 교수는 “이전에 전혀 예측하지 못한 물질 상태를 발견한 것이 이들의 학문적 업적”이라고 평가했다.

한편, 노벨상위원회는 업적의 정도에 따라 사울러스 교수에게 노벨 물리학상 총상금의 절반인 400만 크로나를, 홀데인과 코스털리츠 교수에게 각각 200만 크로나의 상금을 줄 예정이다.

[테크M = 강동식 기자 (dongsik@techm.kr)]