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| 무거운 물과 가벼운 물로 구성됐다는 이론을 최초로 입증한 이번 연구성과를 나타낸 그림.[포스텍 제공] |
[헤럴드경제=구본혁 기자] 생명의 탄생과 유지에 있어 가장 중요한, 지구 생명체에게 필수적인 존재, 물은 아직도 신비에 싸인 존재다. 영하 20도에 달하는 한파 속, 강 표면은 얼어붙어도, 강물은 모두 얼지 않아 물고기도 겨울을 날 수 있는 것처럼 물은 다른 액체와 구분되는 여러 변칙적인 특성을 가졌기 때문이다. 오랜 연구에도 불구하고 여전히 학계에서는 물의 비밀에 대한 논쟁이 이어지는 상태다.
이 중에서도 물이 무거운 물(HDL)과 가벼운 물(LDL)의 구조로 이루어져 있다는 ‘액체-액체 임계점’ 가설은 여러 물의 특성을 설명할 수 있지만, 이를 증명하는데 필요한 영하 43℃ 이하의 ‘얼지 않은’ 물을 만들어 낼 수 없어 그동안 가설에 머물러 있었다.
포항공과대학교(포스텍)는 화학과 김경환 교수팀과 스웨덴 스톡홀름대 앤더스 닐슨 교수팀이 영하 70℃의 얼지 않은 무거운 물을 만들고 100 펨토초 이하의 X선을 이용, 이 물이 가벼운 물로 바뀌는 과정을 관측하는 데 성공했다고 22일 밝혔다.
이번 연구 결과는 물이 원래 무거운 물과 가벼운 물로 이루어져 있다는 이론의 직접적 증거로 학계의 비상한 관심을 모아 과학 분야 국제학술지 ‘사이언스(Science)’ 최신호를 통해 발표됐다.
물의 성질에 대한 다양한 가설 중, 액체-액체 임계점 가설은 극도로 냉각된 조건 아래에서는 물이 무거운 물과 가벼운 물로 나뉘어지며 두 물 사이에서 상태가 변화한다는 가설이다. 이 가설을 증명하기 위해서는 영하 43℃ 이하의 얼지 않은 물을 만들어야 하지만, 현실적으로 불가능한 일로 오랫동안 여겨져 왔다.
연구팀은 먼저 영하 160℃의 고밀도-비정질 얼음(HDA)을 만든 연구팀은 이 얼음을 강력한 레이저로 순간적으로 가열해 영하 70℃의 무거운 물을 만들어냈다. 이 물은 찰나의 순간에만 존재하는 물로, 이 물을 관측하기 위해서는 극도로 밝으면서, 찰나보다 빠른 빛이 필요하다. 연구팀은 이러한 조건을 갖추어 ‘꿈의 빛’으로 불리는 포항 4세대 방사광가속기(PAL-XFEL)에서 나오는 X선을 활용, 영하 70℃의 얼지 않은 물을 순간적으로 측정했다. 그리고 이 무거운 물이 가벼운 물로 상변이를 일으키는 과정을 관측했다.
이번 연구 결과는 물이 원래 무거운 물과 가벼운 물, 두 가지의 액체상으로 이루어져 있다는 가설을 뒷받침하는 직접적인 증거로서, 이와 관련된 물의 여러 특성들의 원인을 규명할 수 있을 것으로 기대된다. 무엇보다 물이 왜 생명현상에 반드시 필요하고, 적합한 존재인가를 근원적으로 이해하는 중요한 단서로 학계에서는 평가하고 있다.
김경환 교수는 “이번 연구성과는 물의 비밀에 도전해온 세계 연구자들의 오랜 논쟁을 해소해 줄 중요한 연구결과이며, 물이 가진 변칙적인 특성을 이해해 물과 생명의 미스테리를 푸는 단초가 될 것”이라며 “기초 과학에서 큰 의미를 가질 이 중요한 연구 성과에서 학부생들이 상당 부분 기여한 것 역시 주목할 부분”이라고 설명했다.
nbgkoo@heraldcorp.com
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2020-11-22 02:18:45Z
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