[아시아경제 안하늘 기자] 물이 다른 액체와 달리 영상 4℃에서 부피가 가장 작고, 무거운 상태가 되는 원인을 국내 기술력을 활용해 세계 최초로 밝혀냈다. 연구팀은 정부의 4세대 방사광가속기를 활용해 연구 결과를 도출한 만큼 전 세계에 우리의 기술력을 알리는 계기가 됐다.

과학기술정보통신부는 22일 이런 내용을 담은 '물( water ) 분자구조 변화 연구과제'의 결과가 과학 전문 주간지 사이언스에 게재됐다고 밝혔다.

이번 연구는 올해 6월 이용자 실험 지원을 개시한 포항 4세대 방사광가속기의 첫 실험그룹으로 선정된 앤더스 닐슨( Anders Nilsson )교수 연구팀(스웨덴 스톡홀름대학)이 주도했다. 제1저자는 한국인 김경환 박사(스톡홀름대학)이며, 포항가속기연구소 이재혁 박사 등이 공동저자로 참여했다.

물의 특성에 따라 추운 겨울에도 호수나 강이 표면부터 얼어들어가게 된다. 이에 물고기 등 생명체가 살아갈 수 있는 환경이 조성되기도 한다. 그동안 이러한 물의 특성에 대한 원인에 대해서는 다양한 이론적 가설들만 존재해 왔다. 펨토초(1/1천조 초) 단위로 빠르게 이루어지는 물의 구조 변화를 실험적으로 측정할 방법이 없었기 때문이다.

연구팀은 펨토초의 시간 분해능을 갖는 포항 4세대 방사광가속기를 활용해 0℃이하로 과냉각된( super - cooled ) 물이 얼음으로 결정화되기 전의 분자 구조를 측정하는 것에 성공했다.

결합 방식이 다른 두 가지의 물 분자가 동시에 존재하며 두 상태가 서로 바뀌는 요동현상( fluctuation )이 나타난다는 것을 실험적으로 밝혀낸 것이다. 즉, 액체상태의 물은 가벼운 구조와 무거운 구조의 2가지 형태가 존재하며, 영상 4도보다 낮은 온도로 내려가는 과정에서 가벼운 구조가 늘어난다. 또 영하 44도 과냉각상태(진공)에서는 두 가지 구조가 같은 비율을 갖게 되며 이 때 두 구조사이의 요동현상은 최대치가 된다.

최원호 과기정통부 거대공공연구정책관은 "이번 실험과 같이 방사광가속기는 지금까지 밝혀내지 못한 많은 신비로운 현상 등을 알아내는데도 크게 기여할 것"이라며 "정부는 연구자들의 창의적인 아이디어가 실현될 수 있도록 적극적인 지원을 아끼지 않겠다"고 밝혔다.

안하늘 기자 ahn 708@ asiae . co . kr