[그림 1. 2형 초전도체에서 자기장이 구멍을 통해 지나가는 모습]
[그림 2. 초전도체에서의 전자쌍과 He-3 초유체에서의 원자쌍]

스웨덴 노벨물리학상 수상 위원회는 현지 시간으로 7일 오전 11시에 아브리코소프(Alexei Abrikosov, 75), 긴즈버그 (Vitaly L. Ginzburg, 87), 레겟 (Anthony J. Leggett, 65) 세 사람을 초전도체와 초유체에 대한 연구공로로 공동수상자로 선정, 발표했다.

초전도 현상은 극저온에서 물질의 저항이 0이 되는 현상으로, 자기를 배척하는 성질도 가지고 있어 자기부상열차의 핵심이 되는 현상이다. 초전도 현상은 1911년 온네스에 의해 발견되었는데, 그 후 수 십년간 설명되지 않고 있다가 1957년 바딘, 쿠퍼, 슈리퍼 세 사람에 의해 BCS이론으로 초전도현상에 대한 이론이 정립되었다.

초전도체에는 1형, 2형 두 가지가 있는데, 1형은 임계온도 이하에서는 자기장을 완전히 배척하다가 임계온도 이상이 되면 초전도성을 잃는 반면, 2형은 자기장이 초전도체를 구멍을 통해 어느 정도 뚫고 지나갈 수 있는 특성이 있다. 아브리코소프는 이 현상을 수학적으로 설명해내고, 자기장에 따라 구멍이 몇 개가 될 것인지, 구멍끼리 부딪히고 초전도성을 잃는 현상도 예측했다. 아브리코소프의 이론은 1950년대에 란다우와 긴즈버그가 1형 2형 초전도체를 질서 파라메터 (order parameter)로 구분할 수 있음을 보인 연구를 바탕으로 이루어 졌는데, 긴즈버그의 이론과 2형 초전도체에서의 실험결과에서 보이는 차이를 설명해냈다.

또 다른 공동수상자인 레겟은 초유체에 대한 이론연구로 선정되었다. 초유체는 극저온에서 액체 상태의 물질이 점성이 없어지는 현상인데, 헬륨-4와 헬륨-3에서 발견된 현상이다. 헬륨-4는 일반적인 헬륨으로 이미 1930년대에 발견되어 50년경에 이론적으로 설명되었다. 헬륨-4는 2K (영하 271도)정도에서 초유동성, 초전도성을 가지는 초유체로 변화하는데 반해, 동위원소인 헬륨-3는 0.002K (거의 절대영도)에서 초유체가 된다는 것이 1970년대에 이르러서 발견되었다. 헬륨-3의 초유체현상은 BCS이론을 적용하여 헬륨-3 원자의 스핀이 같은 방향으로 정렬하는 짝을 이룰 때 발생한다는 것이 밝혀졌다. (BCS이론에서 초전도체의 Cooper쌍은 스핀이 반대인 전자가 짝이 된다)

헬륨-3 초유체는 헬륨-4와 달리 원자가 쌍을 이루면서 자기적인 성질을 띠게 되는데, 이 성질을 이용하여 헬륨-3가 3개의 상(phase)을 가지고 있으며, 헬륨-3 초유체는 이 3가지의 상이 복합적으로 섞여있음이 밝혀졌다.게렛은 이러한 현상들을 양자역학적으로 체계적인 이론을 정립한 공로를 인정받아 노벨상을 수상한다.

초유체 현상은 작은 회전력을 섭동으로 주었을 때, 임계온도 위에서는 질서있는 운동을 하다가 임계온도 이하가 되면 난류운동으로 변화한다. 앞으로 게렛의 이론과 헬륨-3 초유체현상을 통해 물리학의 최대난제 중 하나인 난류운동의 연구가 더욱 활발해질 전망이다.


[참고원문]

http://www.nobel.se/physics/laureates/2003/public.html


[관련된 노벨상 수상자들]

< 초전도체 >

초전도현상 발견 - 카메린 온네스 (1911, 1913년 수상)
초전도현상의 이론적인 설명 - 바딘, 쿠퍼, 슈리퍼 (1957, 1972년 수상)
고온 초전도체 - 베드노즈, 뮐러 (1987년 수상)

< 초유동체 >

He-4 초유체의 이론적인 설명 - 란다우 (1962년 수상)
He-3 초유체현상 발견 - 리, 오셰로프, 리차드슨 (1996년 수상)
He-4 보스 아인슈타인 응축현상 발견 - 코넬, 케틀레, 비만 (2001년 수상)