모래알 어떻게 구멍 막나… ‘막힘현상’ 비밀 규명 성공

작은 플라스틱 원반(낱알)들이 상 변화를 일으키기 직전 촬영한 모습. 원반끼리 서로 강한 힘을 주고받는 부위로 빛줄기가 나타났다. 사진 제공 뉴사이언티스트

한꺼번에 많은 모래를 깔때기에 부으면 구멍이 막히는 현상이 일어난다. 아주 작은 낱알들인데도 마치 딱딱한 물체로 구멍을 틀어막은 것처럼 보이는 이유가 뭘까.

미국 듀크대 물리학과 로버트 베링거 박사팀은 최근 모래처럼 낱알로 이뤄진 물질이 순간적으로 막히는 현상을 규명하는 데 성공했다고 영국의 과학잡지 ‘뉴사이언티스트’ 인터넷판이 1일 보도했다.

연구팀은 작고 투명한 플라스틱 원반으로 가득 채운 특수막을 제작했다. 이들 작은 원반은 압력을 많이 받을수록 빛을 더 잘 통과시키는 특성을 가졌다.

연구팀은 특수막에 빛을 비추고 강한 힘을 가했다. 그러자 작은 원반 사이에 힘을 받는 곳들을 통과하는 빛줄기가 포착된 것. 힘을 더 가하자 더 많은 빛줄기가 작은 원반들 사이에서 발생했다. 빛줄기가 많을수록 작은 원반들은 더 옴짝달싹 할 수 없다는 뜻이다.

베링거 박사는 “이번 실험은 낱알로 이뤄진 물질이 순간적으로 상 변화를 일으킬 수 있다는 19세기 수학 모델이 맞는다는 것을 실험으로 밝혔다”고 말했다.

과학자들은 이번 연구가 ‘막힘 현상’과 관련된 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

박근태 동아사이언스 기자 kunta@donga.com