‘상온 초전도체’ 발견됐다고?…맞으면 노벨상인데 뒤숭숭한 과학계 왜? [교과서로 과학뉴스 읽기]

한국 과학기술계, 아니 나아가 전 세계 과학기술계가 최근 ‘깜짝’ 놀랐습니다. ‘상온 초전도체’를 개발했다는 한국 연구진의 논문(여기 클릭) 때문입니다. 만약, 이 연구진의 이야기가 사실이라면 ‘노벨상’은 확정입니다. 받기 싫다고 해도 줄 거에요. . 뉴사이언티스트와 같은 해외 유명 과학 잡지도 기사를 쓰고 있습니다. 그런데 말입니다. 논문을 본 많은 과학자는 고개를 갸우뚱하고 있습니다. 무슨 일이 벌어진 것일까요. 아니 그것보다, 대체 상온 초전도체가 뭐길래 이러는 걸까요. 교과서 속에서 상온 초전도체를 살펴보겠습니다.

한국 연구진이 상온 초전도체를 발견했다며 아카이브에 올린 논문

일단 ‘전도체’부터 찾아야 할 듯합니다. 차근차근 적어보겠습니다. 일단 ‘전도’란 열이 전달되는 현상을 말합니다. 중학교 2학년 과학교과서에 처음 등장하는데요, “금속에 열을 가하면 가열한 부분의 입자 운동이 활발해지고 이 진동이 주변으로 전달되어 열이 이동한다”라고 쓰여있습니다. 이 어려운 문장을 우리는 중학교 2학년 때 배웠네요.

도체, 전도체, 부도체...

‘전도체’는 말 그대로 무언가를 전달하는 물체입니다. 국을 끓이면서 숟가락으로 휘휘 젓다 보면 어느새 숟가락도 뜨거워지는데요, 숟가락이 전도체이기 때문입니다. 여기서는 열을 전달했네요. 그렇다면 ‘전도성’의 뜻도 쉽게 이해하실 수 있으실 거예요. 잘 전달하면, 전도성이 좋은 겁니다.

그럼 이제 도체를 찾아볼게요. 고등학교 물리학1에 등장합니다. 고등학교 물리학1 교과서에 등장합니다. 고체 물질은 전류가 잘 흐르는 정도에 따라서 도체, 절연체, 반도체로 나뉩니다. 도체는 전기가 잘 통하고, 절연체는 안 통하겠죠. 반도체는 통할 때도 있고, 통하지 않을 때도 있습니다.

그렇다면, ‘초’ 전도체란 무엇일까요. ‘초사이어인’은 사이어인 중에서도 엄청난 힘을 가진 존재입니다. 마찬가지로 초전도체 역시 전도체 중에서 엄청난 전도 능력을 가진 물체를 의미합니다. 아무리 전기가 흐르는 물체라고 하더라도 물체 내부에는 ‘저항’이 존재할 수밖에 없거든요. 가령 초등학교 때 건전지와 전구를 전선으로 연결해서 불을 켜보는 실험해 보셨던 기억 나시죠. 전선이 바로 도체입니다(물론 전선을 감싸고 있는 피복은 절연체죠). 그런데 도체가 아무리 전류를 잘 흘려준다고 해도 내부에는 저항이 있을 수밖에 없어요. 그래서 건전지에서 흘러나온 전류를 100% 사용하지 못합니다. 이 중 일부는 저항 때문에 ‘손실’이 생기죠.

초전도체를 설명하면 양자역학이 등장하고... 네 너무 어렵습니다. 솔직히 저도 양자역학 수업을 듣기 위해 교실에 들어간 기억은 나는데, 뭘 배워서 나왔는지 잘 기억나지 않거든요. 그런 거 다 빼고 설명하겠습니다.

전기저항 ‘0’인 ‘초전도체’

‘초전도체’는 저항이 0입니다. 전류를 100% 사용할 수 있는 거예요. 따라서 초전도체는 다양한 곳에 쓰일 수 있습니다. 초전도 케이블을 사용하면 손실 저항이 0인 만큼 에너지 효율을 끌어올릴 수 있습니다. 전류는 자기장과도 관련이 있습니다. 플레밍의 왼손법칙 기억하시죠? F(힘), B(자기장), I(전류)... 네 관련이 있습니다. 따라서 강한 전류를 만들어 낼 수 있어 ‘강한’ 자기장도 만들어낼 수 있습니다. 강한 자석을 만들 수 있다는 얘기입니다. 자기부상열차 아시죠? 자석으로 띄워서 이동하는 열차. 여기에도 활용될 수 있겠죠.

그런데 문제는, 초전도 현상은 정말 낮은 온도에서 일어난다는 점입니다. 영하 20도, 30도 수준이 아니에요. 무려 영하 200도 정도 온도를 내려야만 초전도 현상이 나타납니다. 즉 초전도현상을 이용하기 위해서는 온도를 영하 200도까지 낮춰야 하는 ‘장비’가 추가되어야 한다는 얘기입니다. 따라서 가격이 비쌀 수밖에 없겠죠. 병원에서 볼 수 있는 MRI 기기 역시 초전도 현상을 이용합니다. 가격이 어마어마하죠. 찍는 것도 비싸고요.

하여튼, 그래서 많은 과학자가 상온에서도 초전도 현상을 보이는 물체를 찾기 위해 노력해왔습니다. 그런데 쉽지 않았죠. 그동안 여러 과학자가 “상온 초전도체를 발견했다”고 주장했지만 인정받은 적은 없습니다. 인정받았다면 이미 우리 삶은 많이 변했겠죠.

그런데 한국인 과학자들이 상온 초전도체를 발견했다고 하니 과학기술계가 들썩일 수밖에 없었습니다. 퀀텀에너지연구소가 중심이 된 한국 연구진은 ‘아카이브’에 한 편의 논문을 게재합니다. 일반적으로 학술지에 등재되는 논문은 동료 평가를 통해 “실험 과정이 합리적이다”라는 인정받아야 합니다. 연구진이 올린 ‘아카이브’는 이런 동료평가를 받기 전에 논문을 미리 공개하는 사이트입니다. 즉, 아직 제대로 된 동료 평가를 받지 않은 상황입니다.

퀀텀에너지연구소가 공개한 초전도체의 모습 <사진=더레지스터>

연구진의 논문에 따르면 납을 다양한 처리를 했더니 초전도현상이 나타났다고 합니다. 상온에서요. 획기적이죠. 그런데 이를 본 다른 많은 과학자는 “논문이 이상하다”고 이야기합니다. 이 논문이 학술지에 등재될 가능성이 작다는 전망도 있고, 무리한 주장이라는 의견이 지배적입니다. 모순도 많다고 하고요. 특히 저자 중 한 명이 과거 비슷한 논란을 일으킨 적도 있다고 알려지면서 현재까지는 ‘잘못된 실험’ ‘잘못된 논문’일 가능성이 큰 상황으로 보입니다.

해외 여러 언론도 이를 조심스럽게 보도하고 있습니다. 과학자들의 검증이 있고 난 뒤에 평가하자는 거죠. 과연 결과는 어떻게 나올까요. 이 바닥에서 나름 오래 기자를 했던 제게 선택하라면, 논문에 오류가 있다는 데 500원 걸겠습니다.