9년 집념이 뚫은 ‘물의 성배’… 영하 60℃서 액체 임계점 첫 포착

인류가 수백 년간 풀지 못한 물의 미스터리가 지난 24일 정부세종청사서 열린 합동 브리핑을 통해 세상에 공개됐다. 조종영 과학기술정보통신부 기초연구진흥과장의 소개로 시작된 발표는 김경환 포항공대 교수의 학술적 증명과 유선주 박사과정생의 현장 목소리로 이어지며 물의 근원적 비밀을 입체적으로 조명했다.


조종영 과장은 브리핑 시작과 함께 기초연구 지원의 중요성을 피력했다. 조 과장은 2019년부터 9년째 이어진 우수신진연구 및 선도연구센터 지원이 모레(27일) 사이언스(Science)지에 게재될 세계적 성과의 밑거름이 됐다고 밝혔다. 신진연구자가 안정적으로 연구에 몰입해 세계적 성과를 창출하도록 단계별 맞춤 지원을 강화하겠다는 약속도 덧붙였다.

김경환 교수 “영하 60℃ ‘무인지대’ 돌파… 물은 두 가지 상태의 공존”
바통을 이어받은 김경환 교수는 물이 단일한 액체가 아니라 서로 다른 밀도를 가진 두 상태가 공존하는 물질이라는 사실을 실험으로 입증했다. 연구 결과 두 상태의 구분이 사라지며 하나로 합쳐지는 지점인 액체-액체 임계점이 영하 60℃ 부근(오차범위 ±8℃)에 존재한다는 점을 명확히 규명했다.


물은 일반적인 액체와 달리 4℃에서 밀도가 가장 높고 온도가 더 낮아지면 오히려 가벼워지는 특성을 나타낸다. 김 교수는 관련 현상이 고밀도 물과 저밀도 물 사이의 비중 변화로 설명된다고 분석했다. 온도가 낮아질수록 밀도가 낮은 물의 비율이 급격히 증가하며 전체 밀도를 떨어뜨린다는 논리다. 1,000,000분의 1초라는 찰나의 순간을 포착하기 위해 태양보다 수십억 배 밝은 빛을 내는 포항 4세대 방사광가속기가 핵심 역할을 수행했다.

유선주 “7년의 집념… 교과서 실릴 발견에 자부심”
발표 마무리 단계서는 논문 제1저자인 유선주 박사과정생이 직접 소감을 전했다. 유 박사는 대학생 시절부터 7년에 걸쳐 아무도 해내지 못한 영역을 연구하며 겪은 어려움을 회상했다.


참고할 연구가 전무한 상황서 불가능에 도전해 교과서에 실릴 법한 발견을 이뤄낸 점에 대해 깊은 자부심을 드러내며 향후에도 인류 지식의 지평을 넓히는 연구자가 되겠다는 포부를 밝혔다.

질의응답 과정서 김 교수는 4세대 가속기 활용 경쟁과 실험의 난이도를 묻는 질문에 상세히 답했다. 임계점은 상도표서 단 하나의 점을 찾는 것과 같아 측정 자체가 한계로 여겨졌으나 포기하지 않고 10년간 뚝심 있게 도전했다고 술회했다. 산업적 파급효과에 대해서는 물을 용매로 사용하는 바이오 및 화학 공정과 기후 변화 연구의 정확도를 획기적으로 향상시킬 수 있다는 점을 강조했다.