최근 펨토초(fs, 1000조 분의 1초)에 관한 과학기술계의 관심이 뜨겁다. 빛조차도 1펨토초 동안 0.3㎛(1㎛=100만 분의 1m)밖에 움직이지 못할 정도로 그야말로 ‘찰나’의 시간이다.
그러나 과학자들이 눈독을 들이는 것은 펨토초 자체라기보다는 이를 관찰하는 펨토초 레이저다. 펨토초 레이저는 분자나 원자가 화학반응을 하는 아주 짧은 시간을 ‘동영상’ 촬영하는데 처음 사용됐으나, 점차 다양한 용도로 진화했다.
반도체와 같이 두께가 매우 얇은 첨단소재나 부품을 만들 때 파장이 짧은 펨토초 레이저를 이용하면, 일반 레이저를 사용할 때보다 훨씬 적게 열이 발생해 안전하고 빠르게 작업을 할 수 있다. 의학계에서도 펨토초 레이저의 활약은 뛰어나다. 수술용 레이저는 커다란 조직은 잘 치료하지만 작은 세포는 태워서 죽이거나 손상을 입히는 단점이 있었다. 그러나 펨토초 레이저를 이용하면 세포 1개에 생긴 병까지 치료할 수 있다.
특히 소립자 물리학의 세계에서 펨토초 레이저는 ‘구세주’다. 우주 탄생의 비밀을 밝혀줄 쿼크나 암 치료에 쓰이는 양성자를 얻기 위해서는 원자나 전자를 가속시켜 충돌을 일으키는데 사용되는 수∼수십㎞크기의 가속기가 필요하다. 그러나 펨토초 레이저를 증폭하면 순간적으로 강력한 전압을 걸 수 있어 훨씬 작은 크기의 가속기를 만들 수 있다. 공간도 줄이고 연구비용도 아낄 수 있으니 일석이조인 셈이다.
<한국과학기술정보연구원 제공>