[표지로 읽는 과학] 가지를 치며 한 방향으로 나아가는 빛 - 동아사이언스

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네이처 제공

국제학술지 ‘네이처’는 이달 2일 가지를 치며 뻗어 나가는 초록색 빛의 모습을 표지에 실었다. 아래쪽에서 시작한 한줄기의 빛이 윗쪽으로 여러 갈래로 퍼져 나가는 모습이다. 마치 나무가 성장하며 가지를 친 것처럼 보이기도 한다.

빛과 같은 파동은 퍼져 나가다 장애물을 만나면 자연스레 모든 방향으로 분산된다. 이런 현상은 자연 속에서도 쉽게 찾아볼 수 있다. 예를 들어 빛이 분산되는 것은 하늘이 파란색을 띠는 이유가 된다. 지구 대기의 작은 공기 분자들과 부딪혀 빛의 산란이 일어난다. 빛에는 여러 가지 색이 들어있는데 이 색들은 각각 고유의 파장을 가지고 있다.

가시광선에서 빨간색 파장은 0.71마이크로미터(μm, 1 μm 는 100만 분의 1m)이고, 파란색은 약 0.45μm이다. 파장이 짧을수록 공기 분자들과 부딪히는 횟수가 많아진다. 그러면서 크게 산란을 일으키며 뻗어가 하늘이 파랗게 보이는 것이다. 전자는 이와 달리 나무가 가지를 치듯 퍼진다. 음파나 해파, 빛도 비슷한 구조를 가졌을 것으로 분석된다.

우리 시반 이스라엘 테크니온대 물리학과 교수 연구팀은 빛이 가지를 치며 뻗어 나가는 모습을 관찰했다는 연구결과를 이번주 네이처에 발표했다. 이렇게 빛이 가지를 치며 퍼지는 모습을 관찰한 것은 이번이 처음이다.

연구팀은 레이저 빔으로 만든 빛을 얇은 비누막에 통과시킨 후 이를 실험 망원경을 이용해 관찰했다. 그 결과 연구팀은 빛이 가지를 치며 뻗어나가는 모습을 포착하는 데 성공했다. 연구팀은 “얇은 비누막을 가지고도 빛이 길쭉한 가지를 형성해 이후에 가지를 치는 듯한 현상을 만들어낸다는 것을 확인했다”며 “같은 방향으로 빛을 쏘는 것은 광학 분야에서는 어려운 일”이라고 말했다.

시반 교수는 “이 현상은 전자에서 처음 발견된 현상이었다”이라며 “빛에서 또 다른 자연의 신기함을 발견했다”고 밝혔다.