▲ 원자와 강하게 공명하는 레이저를 여섯 방향에서 쏘아 원자를 포획하고 냉각하는 모습.

국내 기술로만 광격자 시계를 개발해 우리나라의 시계기술이 국제표준과 가까워졌다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 강대임)이 차세대 표준시계로 주목받고 있는 ‘이터븀(Yb)원자 광격자 시계’를 순수 국내기술로 개발하는데 성공했다.

광격자 시계는 광시계의 한 종류로, 레이저 빛을 이용해 원자를 포획·냉각해 광격자에 가둔 뒤 원자 진동수를 측정하는 방식이다.

이 시계는 미국, 일본에 이어 세계에서 세 번째로 발표된 연구 결과로 1억년에 1초의 오차, 상대오차범위(2.9×10의 -16승)를 지닌다.

광격자 시계에서 사용되는 이터븀(Yb)원자의 고유진동수는 약 518THz(테라헤르쯔)로 현재 표준시계에서 사용되는 세슘원자보다 5만6천배 이상 높다. 자의 눈금이 촘촘할수록 더 정확하게 길이를 잴 수 있는 것처럼 시계는 사용되는 원자의 1초 동안 움직이는 횟수, 즉 고유진동수가 커질수록 정확해진다.

1초를 정의 할 때는 원자의 진동수와 동일한 주파수를 쪼인 후 나오는 신호값을 측정하는데 세슘원자시계는 91억 9263만 1770번이고 광격자 시계는 518조 2958억 3659만 865번이다.

연구팀은 레이저 냉각기술로 이터븀 원자를 격자상태의 구조로 고정시켰다. 기체 상태의 원자는 불규칙한 움직임 때문에 정확한 주파수 측정을 위해 필요한 과정이다.

유대혁 표준연 시간센터장은 “이번 연구 성과 의의는 1초에 대한 정의를 바꿀 수 있는 광격자 시계 개발을 고유기술로 성공시켰다는 데 있다”며 “앞으로 광격자 시계에 대한 오차범위를 더욱 줄여 누구나 인정할 수 있는 국제 표준으로 발전시키겠다”고 말했다.

한편, 시간표준 분야는 노벨 물리학상 수상자를 7회나 배출했으며 인공위성이나 우주선과 같은 항공우주산업의 최첨단 산업분야에 활용되는 기술이다.