시간, 더 정확한 기술로 더 널리 보급하다

지금 이 순간에도 쉼 없이 흐르고 있는 시간. 우리의 생활은 시간이라는 개념과 떼어놓고 절대 생각할 수 없다. 일례로 휴대전화를 사용할 때도 기지국에서 정확한 시간정보를 보내줘야만 전화를 걸고 받는 것이 가능하다. 특히 최근에는 인터넷을 이용한 전자상거래, 전자경매, 전자입찰 등 다양한 경제활동이 이루어지면서 표준시의 중요성이 더욱 부각되고 있다. 표준시를 만들고, 표준시를 보급하는 두 박사. 시간센터 박창용, 이영규 박사를 만나 시간과 시간표준 연구에 대한 이야기를 들어본다.

단순하지만 명확한 목표, ‘더 정확한 시계를 만드는 것’- 시간센터 박창용 박사

사회자 박사님께선 ‘시각을 만드는’연구를 하신다고 들었는데, 그게 어떤 의미인가요?
박창용 박사 개념상 시각과 시간 사이에는 차이가 있어요. 즉 시간을 수직선이라고 생각하면 수직선 눈금의 좌표가 시각이고 눈금 사이의 간격을 시간이라 부릅니다. 제가 하고 있는 연구는 1초라는 시간, 그러니까 시계 초침이 똑딱 할 때의 간격을 일정하게 만드는 연구라고 보면 되요. 1초를 정확하게 유지해야 이를 기준으로 순간순간 시각이 맞는지, 또 시간이 얼마나 경과했는지 정확히 알 수 있죠. 제가 하는 연구는 시간을 만드는 것에 가깝구요, 이런 시간을 만드는 장치를 시간 원기라고 합니다. 이런 원기의 주파수를 하나둘 세어서 시간이 얼마나 흘러갔는지 표시하여 시각을 생성하는 장소가 저희 센터 안에 따로 있습니다. 

사회자 개념이 좀 어렵네요.(웃음) 그렇다면 실제로 어떤 연구를 수행하고 계신가요?
박창용 박사 저는 세슘원자시계보다 정확한 원자시계를 개발하는 일을하고 있습니다. 이 세상의 모든 시계는 주파수를 읽을 때 그 시계 시스템의 주기적인 진동이 방해를 받습니다. 원자시계도 예외는 아닌데, 그래서 어떻게 하면 원자의 진동에 가해지는 방해 요소를 최소한으로 줄여서 주파수를 읽어낼 수 있을까가 시간주파수를 연구하는 과학자들의 가장 중요한 과제입니다. 현재가지 알려진 가장 좋은 방법은 이터븀, 스트론튬 같은 원자를 광격자라는 매우 조밀한 그릇에 담아 광으로 원자의 공명 진동수를 읽어 내거나, 수은, 알루미늄 등의 이온을 이온포획장치라는 전기장 그릇에 담아 광으로 공명 진동수를 읽어 내는 방법입니다. 이런 종류의 시계를 광시계라고 부릅니다. 저는 이 중에서 이터븀 원자를 광격자에 담아 주파수를 읽어내는 방법을 연구 중입니다. 

사회자 그동안 연구를 통해 이룬 성과는 무엇인가요?
박창용 박사 2011년 말에 저희 연구팀에서 300만 년에 1초밖에 틀리지 않는 (10-14 불확도) 이터븀(Yb) 광시계를 만드는데 성공했어요. 이터븀원자를 이용한 시계로서는 세계에서 세 번째로 달성한 성과였습니다. 그러나 세계적으로 가장 정확한 세슘원자분수시계 시계보다는 50 배나 안 좋은 시계였어요. 2012년 시계의 많은 부분을 개선하여 올해는 세슘원자분수시계와 같은 정확도(10-16 불확도)를 갖는 시계가 되었습니다. 이터븀 원자를 이용한 광시계 분야에선 그동안 우리보다 앞서 나갔던 미국 일본 등 선진국 연구진과 비슷한 수준에 도달했습니다. 

사회자 목표는 무엇인가요?
박창용 박사 목표는 단순해요. 지구상에서 구현할 수 있는 한 최고 정확한 시계를 만드는 거죠. 내년부터는 현재보다 정확도가 몇 십 배 뛰어난 수준의 시계를 만들기 위해 연구를 진행할 예정입니다. 올해에 불확도 10-16을 실현해 세슘원자분수시계와의 격차를 없앴다는 건 의미있는 결과지만, 얼마 전 최신논문에서 미국 JILA의 광시계 연구그룹이 스트론튬(Sr)을 이용해 불확도 10-18을 이뤄냈다는 기사를 봤어요. 우리가 한걸음 뛸 때 몇 걸음 씩 뛰는 Sr 광시계 분야에선 가장 앞서가는 팀입니다. 아직은 뒤에서 추격하는 입장이지만 시작이 늦었을 뿐이지 저희도 충분히 역량이 된다고 생각합니다. 언젠간 어깨를 나란히 할 날이 올 거라고 믿습니다. 

찰나의 순간의 가진 큰 가치,‘보다 정확한 시간정보 제공’- 시간센터 이영규 박사

사회자 ‘시각을 전송’하는 연구, 어떤 분야인가요?
이영규 박사 시각 전송은 단순히 보낸다는 뜻이 아니라 시각의 비교와 보급을 말하는 겁니다. 원자시계와 같은 좋은 시계를 만들면 선진 연구진과의 비교를 하게 되는데, 비교하는 방법에는 GPS 위성을 통하는 방법과 통신위성을 이용하는 방법이 있어요. 이를 통해 국가 간 시각 정확도를 비교하는 연구입니다. 또 한가지는 국민들이 이용할 수 있도록 보급하는 일도 하고 있습니다. 

사회자 시각을 이용하는 실질적인 경우는 어떤 건가요?
이영규 박사 시각의 활용성은 과학기술이 발달할수록 더 커지고 있어요. 요금 사람들이 많이 사용하는 내비게이션도 신호를 주는 GPS위성시계들이 잘 맞아야만 위치정보를 안내해 줄 수 있습니다. 통신시스템의 기지국이나 전력시스템에서도 굉장히 중요하죠. GPS위성은 통신뿐만 아니라 국방 분야에서도 중요한 데 이 경우에는 훨씬 더 높은 정확도를 요구합니다. 일반 통신 분야에서 10-7정도의 정확도를 요구한다면 국방 분야에서는 10-9까지 요구되죠. 

사회자 그동안의 성과를 소개해주세요.
이영규 박사 저 혼자 한 일은 아니지만 저희 센터에서 수행한 그동안의 성과라면 우선 GPS와 양방향 통신을 이용한 우리나라 최고수준의 시각비교 시스템 구축이라 할 수 있습니다. 전국에 HLA 단파 오메가 헤르츠를 이용해 표준시를 보내주고 있죠. 이미 인터넷 등을 통해 대한민국표준시를 이용하는 고객만도 수십만 명에 이릅니다. 

사회자 그렇다면 KRISS의 시각비교 능력은 어느 정도인가요?
이영규 박사 KRISS는 한국 최고의 시각비교기술과 동기기술을 확보하고 있습니다. 저희 시각연구 수준을 국제적으로 비교해 본다면 세계 10위권 내라고 보면 됩니다. 세계 유수의 선진 측정기관들을 제외하면 아시아에서는 일본과 버금가는 연구 실력입니다. 

사회자 계획과 꿈은 무엇인가요?
이영규 박사 현재 저희 기술은 10-15 수준인데 향후에는 10-17까지도 연구해야 하는 과제를 남겨두고 있습니다. 현재 일본국립정보통신연구소인 NICT와 협력해 국제공동연구를 통해 수년 내 이를 달성하는 걸 목표로 연구를 진행하고 있습니다. 1초는 찰나에 불과할 수 있지만 때에 따라서는, 그리고 누군가에겐 10억배, 100억 배의 가치가 될 수 있어요. 시간을 연구하면서 산업과 국민들에게 더 정확한 시간정보를 제공해드리고 싶은 마음입니다.