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광학 집게는 빛을 한 초점에 모으면 그 초점 주변에 끌어당기는 힘이 작용한다는 점을 이용해 레이저로 세포나 원자 같이 작은 물질을 집어 옮기는 기술이다. 미국 연구팀이 이 기술을 활용해 새로운 원자시계를 개발하는 데 성공했다. 원자시계는 진동하는 원자의 주파수를 기준으로 시간을 측정하는 시계다. 

아담 코프먼 미국 국립표준기술연구소(NIST) 산하 항공물리공동연구소(JILA) 상임연구원팀은 스트론튬 원자의 주파수를 관측해 시간을 측정하는 원자시계를 만들어 국제학술지 ‘네이처’ 지난해 12월 16일자에 발표했다.

연구팀은 스트론튬 원자를 배치하고 레이저를 쐈다. 이렇게 하면 150개 원자가 레이저에 집혀 올라간다. 

이어 모인 스트론튬 원자에 기존 레이저 빛과 수직인 또 다른 레이저를 쐈다. 그러자 스트론튬 원자들이 에너지를 얻으며 40초 이상 균일한 주파수로 진동했다. 스트론튬 원자들의 진동수는 오차가 190경분의 1초 수준으로 매우 적었다. 진동수가 균일할수록 원자시계의 안정성이 높다. 

연구에 참여한 준 예 JILA 상임연구원은 “수백 개 원자의 움직임을 일치시킬 수 있는 기술은 원자시계뿐만 아니라, 양자컴퓨터에도 응용할 수 있는 핵심기술”이라고 말했다. doi: 10.1038/s41586-020-3009-y