임마누엘 블로흐(Immanuel Bloch): 빛으로 결정을 쌓아 올린 사람

레이저 빔으로 만든 달걀판을 상상해 보라. 절대영도보다 불과 수십억분의 1도 높은 온도까지 식힌 이 달걀판의 오목한 칸마다 원자가 하나씩 놓여 있다. 이 달걀판이 바로 임마누엘 블로흐(Immanuel Bloch)의 실험 장비이며, 물리학자들은 이것으로 지구상 어떤 컴퓨터도 계산하지 못하는 물질의 모형을 원자 하나하나 쌓아 올린다. 2026년 10월 1일, 울프 재단은 그를 물리학 수상자로 지명했다. 수상 사유는 "초저온 원자계 제어에서 폭넓은 응용을 낳은 획기적 성과"이며, 상은 준 예(Jun Ye)와 함께 받는다.

독일의 시골 마을과 전자부품 상자

블로흐는 1972년 11월 16일 당시 서독이던 풀다에서 태어나 작은 마을에서 자랐다. 아버지는 화학자, 어머니는 교사였다. 소년 시절에는 물리학보다 컴퓨터와 전자기기에 먼저 끌렸다. 본 대학교에서 공부해 1995년에 졸업했고, 스탠퍼드에서 연구 체류를 거쳐 2000년 뮌헨 루트비히 막시밀리안 대학교에서 2005년 노벨 물리학상을 받게 될 테오도어 헨슈(Theodor Hänsch)의 지도로 박사 학위를 받았다. 논문 주제는 원자 레이저와 보스-아인슈타인 응축체의 위상 결맞음이었다. 너무 차가워서 하나의 파동처럼 행동하는 원자 구름이다.

초유체에서 절연체로

서른한 살에 마인츠 대학교 교수가 되었는데, 그때 이미 그는 2002년 뮌헨에서 발표되어 이 분야를 바꿔 놓은 실험에 참여한 상태였다. 빛의 격자에 갇힌 원자들은 서로 거의 상호작용하지 않을 때 자유롭게 흘렀다. 초유체라 불리는 상태다. 격자를 강하게 하자 원자들은 갑자기 제자리에 굳어 한 칸에 하나씩 들어앉았다. 교통 체증에 갇힌 자동차 같았다. 이것이 초유체에서 모트 절연체로의 전이이며, 제어 가능한 원자로 이를 본 것이 최초의 진정한 양자 시뮬레이션이었다. 원자 기체가 고체 속 전자의 역할을 해낼 수 있고, 조절 손잡이가 실험자의 손에 있음을 보여 주었다.

2008년 또는 2009년부터 뮌헨 근교 가르힝의 막스 플랑크 양자광학 연구소에서 한 부서를 이끌고 있으며, 대학에서도 정교수직을 맡고 있다. 아홉 개 연구 그룹을 이끌고, 뮌헨 양자과학기술센터의 대변인이기도 하다.

원자 하나를 보다

이후 그의 그룹은 격자 속 개별 원자를 사진으로 찍고 하나씩 옮길 수 있게 해 주는 양자 기체 현미경을 개발했다. 이 장비로 연구진은 다체 국소화, 페르미온 모트 절연체, 초저온 극성 분자를 연구해 왔다. 그는 다체 물리학을 이렇게 설명한다. 모두가 서로 다른 음을 연주하는 오케스트라와 같다고. 동기에 대한 그 자신의 설명은 소박하다. 아무도 해 본 적 없는 새로운 것을 시도하고 싶은 마음, 그리고 언젠가 그가 말했듯 자신의 열정을 따르는 것이다.

수상 경력

2002년 오토 한 메달, 2004년 라이프니츠상, 2011년 유럽물리학회 양자전자공학상, 2013년 쾨르버 유럽 과학상, 2015년 이스라엘 테크니온의 하비상, 2024년 슈테른-게를라흐 메달이 울프상으로 이어졌다. 상금은 10만 달러이며, 2027년 6월 크네세트에서 시상식이 열린다.

임마누엘 블로흐가 천재로 불리는 이유

블로흐는 양자 이론의 모호함을 하드웨어로 바꿔 놓았다. 그 이전에 상호작용하는 수많은 입자의 물리학은 고전 컴퓨터가 숨 막혀 하던 문제였지만, 그 이후에는 진공 용기 안에 차려 놓고 지켜볼 수 있는 문제가 되었다. 양자역학의 법칙을 발명한 것은 아니지만, 그는 그 법칙을 연출할 수 있는 무대를 지었고, 이제 한 세대의 물리학자가 그 위에서 기술을 익힌다.