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위성위치확인시스템(GPS)과 휴대전화, 방송처럼 시간을 정확히 지켜야 하는 분야에 꼭 필요한 원자시계의 오차가 지금의 100분의 1로 줄게 됐다.

앤드루 루들로 미국 국립 표준기술연구소(NIST) 연구팀은 508억 년에 1초 느려지는 새로운 원자시계를 개발하는 데 성공했다.

원자시계는 원자의 진동수가 일정하다는 성질을 이용한다. 현재 미국이 국제 시간 표준으로 사용하는 원자시계는 절대온도 0도에 가까운 극저온 세슘 원자다. ‘1초’는 세슘 원자가 31억 9263만 1770회 진동하는 시간으로 정의한다. 그런데 세슘 원자를 특정 주파수로 진동시키기 위해 레이저를 쏠 때 원자가 미세하게 움직여 오차가 생긴다.

연구팀이 만든 ‘광학 격자 시계’는 레이저빔으로 만든 격자 안에 이테르븀 원자를 가두고 다른 유형의 레이저를 쏴 원자를 진동시킨다. 사실상 원자가 갇혀서 움직이지 못해 측정 오차를 줄일 수 있다.

이번 결과는 기술적 성취는 물론 실생활에도 변화를 가져올 전망이다. 원자시계에 1 나노초(10억 분의 1초)의 오차가 생기면 GPS 위치 정보는 30cm 가량 벗어난다. 하지만 새 원자시계를 사용하면 위치 정보 오차를 크게 줄일 수 있다. 또한, 지구의 형태와 중력장의 미세한 변화를 장기간 추적하는 측지학 분야도 새로운 전기를 맞는다.

루들로 박사는 “오차 범위 안에 있던 빙하 두께의 변화나 판의 충돌로 장기간에 걸쳐 솟아오른 산맥의 높이 등을 측정할 수 있게 될 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 ‘네이처 포토닉스’ 5월 24일 자에 발표됐다.