기초과학연구원(IBS)이 레이저 세기 세계 신기록을 세웠다. 이에 따라 극한 물리현상 탐구에 도움이 될 것으로 전망된다.
IBS 초강력 레이저과학 연구단 남창희 단장 연구팀은 초강력 레이저를 1.1×10의 23승 W/㎠ 세기로 모으는 데 성공했다고 6일 밝혔다.
10의 23승 W/㎠ 이상의 레이저 세기에서는 극도로 강한 전기장이 형성돼 양자전기동역학 이론이 예측하는 물리 현상을 직접 실험해 볼 수 있을 것으로 기대된다.
앞서 연구단은 2016년 4페타와트(PW) 레이저 개발에 성공해, 세계에서 가장 높은 출력의 레이저를 보유하고 있다. 4PW는 전 세계 발전 용량의 1000배에 해당하는 출력이다.
레이저의 ‘세기’는 출력을 얼마나 작은 공간에 집중시키는지를 의미하며, 각종 물리현상 탐구의 중요한 지표가 된다.
2004년 미국 미시간 대학이 10의 22승 W/㎠ 세기에 처음 도달한 이후 지금까지 10의 23승 W/㎠에 다다른 연구진은 없었다. 현재 유럽연합의 ELI 빔라인, 미국의 EP-OPAL, 중국의 SEL 등이 10의 23승 W/㎠ 레이저를 목표로 건설 중이다.
연구진은 대구경 변형 거울과 대구경 비축 포물면 거울을 새롭게 제작했다. 대구경 변형거울은 레이저 빔의 파면 왜곡을 높은 분해능으로 보정하고, 대구경 비축 포물면 거울은 레이저 빔의 효율적 집속에 각각 사용된다.
그 결과 4페타와트 레이저 빔을 지름 1마이크로미터의 초소형 공간에 모을 수 있었다. 이는 이전에 같은 레이저를 지름 1.5 마이크로미터 공간에 모은 데 비해 면적 대비 2배 이상 향상된 수치다.
남창희 단장은 “이번 연구를 통해 IBS의 초고출력 레이저 시설이 세계 최고임을 입증했다”며 “양자전기동역학에서 예측하는 비선형 콤프턴 산란과 브라이트-휠러 쌍생성, 복사압 이온 가속 공정과 같은 극한 영역에서의 새로운 물리 현상들을 탐구할 수 있을 것으로 기대된다”고 설명했다.
