예쥔(Jun Ye): 150억 년 동안 1초도 틀리지 않는 시계

콜로라도주 볼더의 한 연구실 어딘가에서, 수천 개의 스트론튬 원자가 레이저 빛의 격자에 매달려 있고, 그 하나하나가 1초에 수백조 번씩 똑딱인다. 이들이 이루는 시계는 너무도 안정적이어서, 계속 돌려도 약 150억 년, 거의 우주의 나이만큼 단 1초도 빨라지거나 느려지지 않는다. 이 시계를 만든 사람 예쥔(Jun Ye)은 상하이에서 태어나 어린 시절 대부분을 할머니 손에서 자랐고, 2026년 10월 1일 물리학 부문 울프상 수상자가 되었다.

상하이, 1967년

예쥔은 1967년 상하이에서 태어났다. 아버지는 해군 장교, 어머니는 환경과학자였고, 어린 시절의 많은 시간을 할머니와 보냈다. 1989년 상하이 자오퉁대학교에서 물리학 학사 학위를 받은 뒤 태평양을 건너 뉴멕시코대학교로 갔고, 1991년 말란 스컬리(Marlan Scully) 교수 밑에서 이론 양자광학 석사 과정을 마쳤다.

복도 끝의 노벨상 수상자

그는 박사 과정을 위해 콜로라도대학교 볼더캠퍼스로 옮겨 1997년 존 L. 홀(John L. Hall) 교수 밑에서 학위를 마쳤다. 홀은 레이저 정밀도와 주파수 빗 연구로 2005년 노벨 물리학상을 공동 수상하게 되는 인물이다. 캘리포니아공과대학에서 제프 킴블(Jeff Kimble)과 함께 밀리컨 펠로십을 마친 뒤, 예는 1999년 볼더로 돌아와 콜로라도대학교와 미국 국립표준기술연구소의 공동 연구소인 JILA에 합류했고, 2001년 정식 펠로가 되었다. 그 후로 줄곧 그곳에 있다.

원자에게 시간 지키는 법을 가르치다

원자시계는 원자의 진동을 센다. 주파수가 높고 원자가 고요할수록 똑딱임은 더 섬세해진다. 예는 스트론튬 원자를 절대영도 가까이까지 식혀 정지한 레이저 빛의 격자인 광격자에 가둔다. 원자가 거의 움직이지 않기 때문에 레이저는 극도로 안정된 진동을 오래 들여다볼 수 있고, 그 진동이 시계의 박동이 된다. 2018년 그의 3차원 양자 기체 시계는 약 여섯 시간에 걸쳐 1000경 분의 2.5라는 분수 정밀도에 도달했다. 2022년 연구팀은 이 시계로 높이가 1밀리미터에 불과한 시료에서 아인슈타인(Einstein)의 중력 적색편이를 측정했고, 시간이 위쪽보다 아래쪽에서 아주 조금 더 느리게 흐르는 것을 지켜보았다.

이런 시계는 호기심거리가 아니다. 위성 항법과 통신을 더욱 정밀하게 하고, 중력과 자기장의 아주 작은 변화를 감지하며, 자연의 상수가 정말로 상수인지 시험한다. 그는 주파수 빗과 양자정보도 연구한다.

수상 경력

예는 2007년 원자·분자·광학 물리학 I. I. 라비 상, 2011년 미국 국립과학원 회원 선출, 2015년 대통령 공로상(Presidential Rank Award), 2019년 노먼 F. 램지 상, 기초물리학 브레이크스루 상(2021년 발표, 가토리 히데토시(Hidetoshi Katori)와 공동 수상), 2022년 닐스 보어 연구소 명예 메달을 받았다. 2018년에는 넷플릭스 다큐멘터리 The Most Unknown에 출연했다. 미국 국립표준기술연구소에서는 상무부 금메달 다섯 개를 보유하고 있다.

예쥔이 천재로 불리는 이유

예는 조용하고 거의 불가능에 가까운 학문을 실험실에서 시공간의 모양을 재는 도구로 바꿔놓았다. 대부분의 과학자는 새로운 현상을 쫓지만, 예는 더 작은 오차 막대를 쫓고 또 쫓아, 마침내 오차 막대 자체가 발견이 되게 했다. 그의 시계는 단지 시간을 알려주지 않는다. 누구도 닿을 수 없다고 여긴 정밀도로, 우주가 시간을 어떻게 지키는지를 우리에게 알려준다.