[2026 노벨상] 올해 노벨과학상 주인공은… 물리는 양자 제어·측정, 화학은 DNA 기술 주목

물리학상 6일·화학상 7일 발표
울프상·브레이크스루상·클래리베이트로 본 수상 전망

노벨상 수상자들에게 수여되는 메달./노벨 재단

올해 노벨 물리학상과 화학상 수상자가 오는 6일과 7일 발표된다. 노벨상의 전초전이라 불리는 주요 국제 학술상 수상자와 학술정보 분석기업 클래리베이트(Clarivate)가 선정한 ‘노벨상급’ 연구자들에게 시선이 쏠리고 있다.

‘예비 노벨상’으로 불리는 울프상과 ‘실리콘밸리 노벨상’ 브레이크스루상은 과학 발전에 기여한 연구자들의 성과를 조명한다. 클래리베이트는 논문 인용 분석과 전문가 평가를 바탕으로 연구자를 선정하며, 역대 선정자 가운데 89명이 노벨상을 받았다. 이 명단은 노벨위원회의 공식 후보는 아니지만, 수상 가능성이 거론되는 연구와 그 의미를 살펴볼 단서가 된다.

◇ 양자 시뮬레이터·원자시계… 정밀 제어와 측정에 눈길

올해 울프상 물리학 부문은 이마누엘 블로흐(Immanuel Bloch) 독일 막스플랑크 양자광학연구소 및 뮌헨 루트비히 막시밀리안대 교수와 예준(Jun Ye) 미 국립표준기술연구소(NIST) 연구원에게 돌아갔다. 두 사람은 극도로 낮은 온도로 식힌 원자들을 정밀하게 제어하는 기술을 발전시켰다. 원자와 전자 같은 미시세계에서는 일상과 다른 물리 법칙인 양자 역학이 작용하는데, 두 사람은 이를 실험과 정밀 측정에 활용했다.

블로흐 교수는 빛으로 만든 규칙적인 배열인 ‘광학 격자’에 차갑게 식힌 원자를 가두고, 원자 사이의 상호작용을 조절하는 실험 장치를 구축했다. 복잡한 물질의 내부를 그대로 들여다보는 대신, 원자들을 원하는 조건으로 배치해 그 안에서 일어나는 양자 현상을 재현하는 방식이다. 이런 ‘양자 시뮬레이터’를 이용하면 여러 입자가 서로 영향을 주고받으며 물질의 성질을 결정하는 과정을 연구할 수 있다.

예 연구원은 원자의 양자적 성질을 이용하는 광학 원자시계의 정밀도를 높였다. 광학 원자시계는 원자가 특정 주파수의 빛에 반응하는 성질을 시간 측정의 기준으로 삼는 기술이다. 정밀한 원자시계는 시간 측정뿐 아니라 상대성이론과 같은 기본 물리법칙을 시험하는 데도 쓰인다. 예 연구원은 빛으로 만든 격자에 원자를 가둬 만든 ‘광학 격자시계’를 개발한 공로로 가토리 히데토시(Hidetoshi Katori) 일본 도쿄대 교수와 2022년 브레이크스루 기초물리학상을 공동 수상했다.

클래리베이트가 선정한 물리학 분야 연구자 명단에는 쉐치쿤(Qikun Xue) 칭화대 교수가 올랐다. 물질 속 전자들이 보이는 양자 현상인 ‘양자 이상 홀 효과’를 실험적으로 관측한 성과를 인정받았다. 양자 이상 홀 효과는 외부에서 자기장을 걸지 않아도 특정 물질의 가장자리에 전류가 흐르는 통로가 생기는 현상이다. 이 통로에서는 전기저항에 따른 에너지 손실 없이 전류가 흐를 수 있다.

고효율 유기발광다이오드(OLED)를 연구한 아다치 지하야(Chihaya Adachi) 규슈대 교수, 스티븐 R. 포레스트(Stephen R. Forrest) 미시간대 교수, 마크 E. 톰슨(Mark E. Thompson) 서던캘리포니아대 교수도 명단에 포함됐다. OLED는 유기물에 전기를 흘려 빛을 내는 소자로, 스마트폰과 TV 화면에 쓰인다.

니콜라 스팔딘(Nicola A. Spaldin) 취리히연방공과대(ETH 취리히) 교수는 ‘자기전기 다강체’의 이론적 기반을 세운 공로로 클래리베이트에 이름을 올렸다. 자기전기 다강체는 전기적 성질과 자기적 성질이 함께 나타나고 서로 영향을 줄 수 있는 물질로, 전압으로 자기 상태를 제어할 수 있어 전력 소모가 적은 정보 저장 소자 등에 활용될 수 있다.

기존 물리 이론을 정밀 측정으로 시험한 연구도 인정받았다. 올해 브레이크스루 기초물리학상은 유럽입자물리연구소(CERN)와 미국 브룩헤이븐국립연구소, 페르미국립가속기연구소의 뮤온 g-2 공동 연구진이 받았다. 뮤온은 전자보다 무거운 입자로, 작은 자석처럼 행동한다. 연구진은 뮤온의 자기적 성질을 정밀하게 측정해, 알려진 입자와 힘으로 계산한 이론값과 비교했다. 기존 이론으로 설명되지 않는 차이가 있는지 시험한 것으로, 아직 새로운 입자나 힘의 존재가 확인된 것은 아니다.

디옥시리보핵산(DNA)에서 특정 염기 아데닌(A)을 구아닌(G)으로 정밀하게 바꾸는 염기교정 기술./챗GPT

◇ 유전체 분석·편집 기술, 노벨화학상으로 이어질까

화학 분야에서는 유전정보를 읽는 기술과 고치는 기술이 눈에 띈다. 올해 울프상 화학 부문은 샹카르 발라수브라마니안(Shankar Balasubramanian)과 데이비드 클레너먼(David Klenerman) 케임브리지대 교수, 파스칼 메이어(Pascal Mayer) 프랑스 스트라스부르대 교수에게 돌아갔다. 이들은 차세대 염기서열 분석(NGS) 기술을 발전시켜 디옥시리보핵산(DNA)을 분석하는 속도를 높이고 비용을 낮췄다. 세 사람은 2022년 브레이크스루 생명과학상도 함께 받았다.

DNA의 유전정보는 아데닌(A)·티민(T)·구아닌(G)·시토신(C)이라는 염기 네 종류가 어떤 순서로 배열됐는지에 담겨 있다. NGS는 수많은 DNA 조각을 동시에 읽어 분석에 필요한 시간을 줄인다. 메이어 교수는 표면 위에서 DNA 조각을 여러 사본으로 늘려 DNA 정보를 읽기 쉽게 만드는 기술을 제안했고, 발라수브라마니안 교수와 클레너먼 교수가 발전시킨 분석 기술과 결합해 대량 해독의 기반이 됐다.

클래리베이트는 DNA를 정밀하게 수정하는 기술을 개발한 데이비드 류(David R. Liu) 하버드대 교수를 화학 분야 연구자로 선정했다. 류 교수는 특정 DNA 염기쌍을 다른 염기쌍으로 바꾸는 ‘염기교정’과 유전정보 일부를 바꾸거나 넣고 지우는 ‘프라임 편집’ 기술을 개발했다. 류 교수는 두 기술을 개발한 공로로 지난해 브레이크스루상 생명과학상을 받았다.

클래리베이트 명단에는 분자를 한 층씩 정교하게 배열한 연구진도 포함됐다. 데이비드 알라라(David L. Allara) 펜실베이니아주립대 명예교수, 랠프 누조(Ralph G. Nuzzo) 일리노이대 교수, 야콥 사기브(Jacob Sagiv) 바이츠만연구소 교수는 분자들이 표면에 스스로 정렬해 한 층의 얇은 막을 만드는 ‘자기조립 단분자막’을 발전시켰다. 이 기술은 표면의 성질을 조절하는 데 쓰이며, 바이오센서와 분자전자소자 등 나노기술의 기반으로 활용된다.

캘리포니아공과대(칼텍)의 해리 그레이(Harry B. Gray) 교수와 제이 윙클러(Jay R. Winkler) 레이저자원센터 소장은 단백질 내부에서 전자가 먼 거리를 이동하는 과정을 연구해 이름을 올렸다. 세포가 에너지를 얻는 호흡이나 식물의 광합 등 생명현상의 화학적 원리를 이해하는 데 기여했다는 평가다.

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