1억년에 1초 오차… ‘슈퍼 원자시계’ 개발

표준과학연구원 세계 3번째 개가

1억 년에 1초 정도밖에 오차가 나지 않는 정밀한 원자시계를 국내 연구진이 개발했다.

한국표준과학연구원 시간센터 유대혁 센터장 연구팀은 ‘광격자 기술을 이용한 이터븀 원자시계’를 개발했다고 17일 밝혔다. 연구팀은 이 기술이 인공위성·우주탐사선·위성위치확인시스템(GPS) 등 미세한 오차에 민감한 우주 분야나 실시간 신호 동기화가 필요한 무선통신 분야에서 정밀도를 높이는 데 크게 기여할 것이라고 설명했다.

원자시계는 진공 상태에서 지구나 주변 물질이 만드는 자기장, 전자파 등을 완벽히 차단한 뒤 원자가 스스로 진동하는 고유 진동수로 시간을 측정한다.

원자시계에는 보통 세슘이나 스트론튬, 수은, 이터븀 원자가 활용된다.

기존 표준시간 측정에 쓰이는 원자시계는 세슘 원자가 약 92억 번 진동하는 시간을 1초로 계산했다. 이번에 연구원이 개발한 이터븀 원자시계는 초당 진동수가 518조2958번 이상으로, 세슘 원자시계보다 5만6000배 이상 정밀하다. 자의 눈금이 촘촘할수록 더 정밀한 거리 측정이 가능한 것과 같은 원리다.

연구진은 정밀한 이터븀 원자의 진동수를 측정하기 위해 ‘광격자 기술’을 자체 개발했다. 광격자 기술은 레이저광선을 사방에서 쏘아 레이저로 가상의 상자를 만들어 그 속에 원자를 가두는 기술이다. 그런 뒤 다른 종류의 강한 레이저빔을 이터븀 원자에 쏘아 진동수를 측정했다.

연구팀은 이번에 개발한 광격자 기술을 이용해 정확도가 비슷한 스트론튬 원자시계도 개발할 계획이다. 두 가지 시계를 함께 이용하면 다양한 시간표준 기술을 연구 할 수 있을 것으로 보인다.

유대혁 센터장은 “자체 개발한 기술로 이터븀 광격자 원자시계를 개발한 것은 미국, 일본에 이어 세 번째”라며 “오차를 더욱 줄여 우리 기술이 국제 표준기술로 자리 잡을 수 있도록 발전시킬 것”이라고 말했다.

대전=전승민 동아사이언스 기자 enhanced@donga.com