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‘30만년에 1초 오차’ 세슘원자시계 개발


생활에서 어영부영 넘겨버릴 수 있는 시간 1초의 의미는 의외로 크다.

육상과 수영 같은 스포츠 경기에서는 100분의 1초가 세계기록 수립을 좌우한다.

차량에서 사용되는 내비게이션은 시간 오차가 10억분의 1초를 넘어서는 안 된다.

인터넷 경매에서 경매 참여자 컴퓨터와 경매 시스템의 시간 오차로 ‘명품’을 놓치는 안타까운 사례도 나타난다.

그 기본 단위로 사용되는 1초는 과연 어떻게 정해진 걸까

원자시계에 들어가는 세슘 덩어리. 세슘원자는 1초에 91억9263만1770번을 진동한다. 사진 제공 한국표준과학연구원

한국표준과학연구원 권택용 박사는 30만 년에 겨우 1초 오차가 나는 ‘KRISS-1’ 시계를 만들었다고 지난달 31일 밝혔다. 기존 시계는 3만 년에 1초의 오차가 났다. 권 박사팀이 이번에 개발한 시계는 이보다 정확도가 10배나 높은 것이다. 세계적으로 이 정도로 정밀한 시계를 만들 수 있는 나라는 한국을 포함해 겨우 6곳밖에 없다.

과학에서는 1초를 세슘 원자가 91억9263만1770번 진동하는 데 걸리는 시간으로 정의한다. 문제는 그 진동수를 얼마나 정확히 헤아리는가에 있다.

흔히 국내외에서 시간 표준을 정하는 데 사용되는 세슘 원자시계는 세슘 원자의 진동수와 같은 마이크로파를 만들어 시간을 표현하는 방식이다.

다른 물질과 마찬가지로 세슘에는 고유한 진동수가 있다. 그러나 이 진동수는 다른 주변 환경에 영향을 받지 않을 때를 전제로 한 진동수다. 지상에서처럼 중력과 자기장, 전기장에 영향을 받는 상황에서 세슘은 고유한 진동수로 진동할 수 없다. 세슘 원자가 1초에 91억9263만1770번 진동할 수 없다는 얘기가 된다. 시간의 오차는 여기서 발생한다.

권 박사팀은 자기장, 빛, 중력, 전기장 등 세슘의 고유 진동에 영향을 미치는 10가지 주변 요인을 찾아내 오차를 없애는 방법을 알아냈다.

표준연은 KRISS-1을 국내 시간을 관장하는 표준시계로 정하는 한편 프랑스 파리에 본부를 둔 국제도량형국에 ‘1차 주파수 표준기’로 등록하는 절차를 밟고 있다. 1차 주파수 표준기는 국제협정시(UTC)를 만들 때 오차를 보정하기 위해 사용하는 ‘시계 중의 시계’로 전 세계에 10여 대뿐인 것으로 알려졌다.


| 글 | 박근태 동아사이언스 기자ㆍ kunta@donga.com |




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