1993년 가을 미국 코네티컷 대학에서의 "국제 초고속 레이저광학 심포지움"에서 Stephen Chu의 강연을 처음 들었을 때 마치 망치로 맞는 듯한 충격을 받았습니다. quantum electrodynamics 이론의 태두리 안에서 빛과 사물간의 상호작용만을 생각해왔던 저에게...Chu의 강연은 "빛"이 아닌 "입자"로서의 photon의 의미를 각인시켜준 겁니다.
즉, photon 하나는 h/(람다) 의 모멘텀을 가지고...원자에 쪼여진 photon 들은 그 만큼의 운동량을 원자에 전이하여...도플러효과를 결합시킴으로써 3차원적으로 원자의 움직임을 정지시켜 놓을 수 있게 된 겁니다. 이게 "laser cooling"이라 불리는 최신기술인데...이 용어는 원자의 움직임이 작아진다는 것은 곧 그 원자의 온도가 낮아짐을 뜻하기 때문입니다.
이후 1997년에 Chu는 이 연구성과로서 노벨 물리학상을 받았습니다.

분자에게 photon의 운동량(momentum)을 전이시킨다면 분자 또한 절대온도 0도 가까이 얼릴 수 있을까요? 이는 쉽지 않습니다; 분자의 에너지는 워낙 다양한 형태로 존재하여 충분한 양의 운동량전이가 어렵기 때문이지요.(그러나 몇몇 예외적인 연구결과는 존재합니다).
그 중 가장 주목할만한 것이 Canada National Laboratory의 Corkum 박사 연구팀이 1999년 PRL (physical Review Letters)에 발표한 겁니다; 그들은 분자빔이 지나는 곳에 강하게 레이저를 쪼이면 레이저 촛점 부근의 photon 밀도의 공간적 차이에 따라 분자에 대한 negative potential 을 형성하여...마치 태양의 중력장이 negative potential로서 혜성의 궤도를 바꾸게 하듯이 분자빔의 흐름을 휘어지게 할 수 있음을 실증한 겁니다.
이 실험은 서울대 화학과 정두수 교수와 내가 같이 수행한 연구에서 재검증되었습니다(우리는 직접적인 측정방식을 썼으므로 더욱 세계학계의 관심을 끌 수 있었지요).

문제는 이와 같은 분자빔을 휘게하는 negative potential의 정체입니다; 지금까지는 모두들 전자기력이라 하였습니다(laser의 전기장이 분자에게 유도정전기를 발생시켜 이 유도정전기와 레이저의 전기장과의 상호 인력으로 보았다는 겁니다---마치 머리에 문지른 책받침에 종이가 달라붙듯).
나는 이를 중력 (gravitational force)으로 볼 수도 있다는 가설을 세웠는데...이는 작년의 MIT의 노벨상연구 결과로서 어느 정도 확인이 될 수 있습니다. 이 얘기는 다음에...