“플라즈마 속 빛, 30% 가속 성공했다”

플라즈마에 강력한 레이저를 두 방향으로 조사해 플라즈마 빛 속도를 조정할 수 있다는 실험 결과가 발표됐다. 고온 플라즈마와 강력한 레이저가 상호 작용을 보여 실험 결과에 따라 레이저 등으로 연료를 플라즈마화해 핵융합을 일으키는 관성 밀폐 방식(Inertial confinement) 핵융합 기술이 크게 진전될 것으로 기대되고 있다.

특수상대성 이론을 발표한 아인슈타인은 진공 상태를 초속 30만km로 진행하는 빛의 속도를 최고 속도 제한이라고 했지만 빛 펄스가 물질 중을 통과할 때 속도는 빛 속도보다 느릴 수도 있고 광속도를 초과할 수도 있다. 이런 군속도(group velocity)라는 속도와 물질 관계를 연구하던 미국 로렌스리버모어국립연구소 연구팀은 플라즈마에 레이저를 조사해 모습을 관찰하는 실험을 실시했다.

연구팀은 먼저 레이저로 수소와 헬륨가스를 이온화시켜 플라즈마를 생성하고 여기에 2번째 레이저를 조사했다. 레이저 2개가 교차하는 부분 빛 속도를 측정한 결과 2번째 레이저광은 수평 방향 속도 성분이 플라즈마 굴절률 변화에 따라 감속하고 있는 게 판명됐다. 이 감속은 레이저 2개와 플라즈마 상호 작용에 기인한 것이었다는 것.

연구팀은 또 두 레이저 주파수를 바꾸면 플라즈마를 진행하는 빛 속도를 진공에서 빛 속도보다 10분의 1에서 1.3배 정도까지 조정할 수 있었다. 이번 실험에선 광속을 넘는 속도가 관찰됐지만 이는 특수 상대성 이론과 광속도 불변의 원리 등 기존 물리 법칙을 위반하는 건 아니기 때문에 SF 같은 초광속 비행과 통신 실현으로 이어지는 건 아니다.

하지만 고온 플라즈마에서 강력한 레이저 특성을 조정할 수 있었다는 이번 연구 성과는 꿈의 에너지로 핵융합 기술 향상이나 입자가속기 개선 등 첨단 기술로 다양한 혜택으로 이어질 수 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.