d라이브러리

1 1400~500℃로 뜨거워진 오븐 속에서 기체로 변한 세슘 원자들이 구멍으로 나온다.

2 1초에 91억 9263만 1770번 진동하는 마이크로파를 쏴서 세슘 원자의 에너지 상태를 바꾼다.

3 세슘 원자들을 측정해서 마이크로파의 진동이 정확한지 확인한다. 만약 진동이 정확하지 않으면 수정해서 시간을 나타낸다.

시간의 기준, 세슘 원자시계

맨 처음 시간의 기준은 지구의 자전이었어요. 하지만 앞서 말한 것처럼 자전은 일정하지 않아서 지구가 태양을 한바퀴 도는 공전으로 바꾸어 오차를 줄이려고 했지요. 그런데 지구의 공전도 정확하지 않았어요. 밀물과 썰물, 지진 등의 힘으로 지구의 공전 속도가 조금씩 느려지고 있다는 걸 알게 됐거든요.

결국 거의 변화가 없는 세슘 원자와 마이크로파를 이용한 세슘 원자시계가 시간의 기준이 됐답니다. 세슘 원자시계와 같은 원리로 수소나 루비듐 등 다양한 물질로도 원자시계를 만들 수 있어요. 하지만 세슘이 시간의 기준이 된 이유는 다른 물질보다 안정적이고, 측정하기 쉽기 때문이에요.

그런데 같은 세슘 원자시계라고 해도 시계를 만드는 기술력에 따라 정확도가 달라져요. 그래서 전세계의 과학자들은 더 정확한 원자시계를 만들기 위해 노력하고 있답니다.

우리나라는 지난 2008년 한국표준과학연구원에서 자체기술로 세슘 원자시계 ‘KRISS-1’을 개발했어요. KRISS-1은 전세계 400여 개의 원자시계에 얼마나 오차가 있는지 측정할 때 기준으로 쓰이기도 해요. 그만큼 정확성을 인정받은 것이지요. 이정도의 기술은 미국과 독일, 일본 등 9개 나라만이 가지고 있답니다.

세상에서 가장 정확한 시계는?
현재 가장 정확한 원자시계는 스트론튬 원자시계와 이터븀 원자시계예요. 스트론튬 원자시계에 사용하는 전자기파는 1초에 약 450조 번을 진동해요. 이터븀 원자시계의 전자기파는 무려 518조 번 이상 진동하지요. 그래서 세슘 원자시계보다 5만 배 정도 더 정확하게 시간을 측정할 수 있어요. 자의 눈금이 촘촘할수록 더 정밀하게 길이를 측정할 수 있는 것처럼, 진동이 많을수록 더 정밀하게 시간을 측정할 수 있는 거예요.

한국표준과학연구원에서도 이터븀 원자시계를 개발하고 있어요. 한국표준과학연구원 시간센터 유대혁 센터장은 “2020년 이후에는 시간의 기준이 스트론튬이나 이터븀 원자시계로 바뀌게 될 것”이라며 “전세계는 지금 더 정확하고 안정적인 원자시계를 개발하기 위해 경쟁 중”이라고 말했어요.