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[IT뉴스]영하 60도에서 물의 비밀 풀었다… 세계 최초로 ‘액체-액체 임계점’ 관측

온카뱅크관리자

2026-03-27 03:07:28

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        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
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          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="9624bb9647581da9c5c4157d18555d00c1ee81b8618da6ed956a535ae8bbcfe7" dmcf-pid="ZidSuy71Hd" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="게티이미지뱅크" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/27/hani/20260327030628464ggfy.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="GdPstCFYHn" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/27/hani/20260327030628464ggfy.jpg" width="658"></p>
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            게티이미지뱅크
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          <p contents-hash="5cc80b0f863c288f3960ad5845deaeb49308e85f0bab1199e09d85cf92743156" dmcf-pid="5aoYbXKpYe" dmcf-ptype="general"> 모든 액체는 온도가 낮아질수록 무거워진다. 분자 운동이 둔해져 조밀하게 모이기에 부피가 줄고 밀도는 증가하는 탓이다. 그런데 물만은 예외다. 물은 4도(℃)에서 밀도가 가장 높고, 온도가 그보다 더 내려가면 오히려 가벼워지는 독특한 특성을 보인다. 이 때문에 우리는 추운 겨울에도 강이나 호수가 표면만 얼고 그 아래는 액체 상태인 모습을 본다. 4도 이하의 물이 밀도가 더 작은 탓에 위로 올라와 먼저 얼어붙기 때문이다.</p>
          <p contents-hash="93625fad6b5c6926df81f511007aacf1b37b86343bfb4c9f3b40c91bade7fa16" dmcf-pid="1NgGKZ9U1R" dmcf-ptype="general">지구에서 가장 중요한 물질이라 할 물은 이처럼 기묘한 특성 때문에 아직도 제대로 파악할 수 없는 물질로 여겨진다. 김경환 포항공대 교수 연구팀은 스웨덴 스톡홀름대 앤더스 닐슨 교수 연구팀과 공동으로 26일(현지시각) 과학저널 사이언스에 ‘과냉각된 물에서 찾아낸 액체-액체 임계점의 실험적 증거’라는 제목의 논문을 게재했다. 이들의 연구는 물의 기묘한 특성을 해명하기 위해 제시됐던 ‘액체-액체 임계점’ 가설을 실험으로 증명해낸 연구로 주목된다.</p>
          <p contents-hash="c98150a231109d6bc64c4d9471b3cfb93a5da1f33e32226d21a066ebb6b897a2" dmcf-pid="tjaH952u5M" dmcf-ptype="general">‘액체-액체 임계점’ 가설이란, 물이 고밀도 물과 저밀도 물이라는 두 종류의 상으로 공존하며, 특정 온도(임계점)에 도달하면 그 구분이 사라져 초임계유체, 곧 우리가 일상에서 보는 물이 된다는 가정이다. 과학자들은 이 임계점이 영하 40~70도에 위치할 것으로 예측하나, 이 정도 극저온에서 얼지 않은 물을 만들고 관측하는 것이 어렵기 때문에 여태껏 이를 실험으로 확인해본 바가 없었다. 이 때문에 학계에서는 이 가설을 두고 수십년간 논쟁이 끊이지 않았다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="ca72c710b48188648d685705a348b13517ea37ec2fc61603765ee4d5ba310a4e" dmcf-pid="FANX21V71x" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="X선 자유전자 레이저를 활용해 관측된 ‘액체-액체 임계점’이 존재한다는 실험적 증거에 대한 모식도. 김경환 교수 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/27/hani/20260327030629848gvid.jpg" data-org-width="413" dmcf-mid="HYT2g4aeXi" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/27/hani/20260327030629848gvid.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            X선 자유전자 레이저를 활용해 관측된 ‘액체-액체 임계점’이 존재한다는 실험적 증거에 대한 모식도. 김경환 교수 제공
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          <p contents-hash="69cd8303c65d59e73d4bafb3b9e85dfdda6205b5265d888b78981e0f2e4c2352" dmcf-pid="3cjZVtfztQ" dmcf-ptype="general"> 김 교수 연구팀은 높은 압력에서 제조된 비정질 얼음을 적외선 레이저로 가열해 영하 40도 이하에서도 얼지 않는 물을 얻는 방법을 개발했다. 이 방법으로 앞선 2017년에 영하 43도, 2020년에는 영하 70도에서 이를 관측했는데, 영하 70도에선 물이 가설처럼 두 가지 상으로 존재한다는 사실을 확인한 바 있다. 이번 연구에서는 두 가지 상 구분이 사라지는 임계점을 확인하고자 했다. 극저온의 물은 10억분의 1그램 분량인 데다 100만분의 1초 만에 얼어붙기 때문에, 연구팀은 태양보다 수십억배 밝은 빛을 내며 10조분의 1초 단위로 분자의 움직임을 측정할 수 있는 엑스(X)선 자유전자레이저(PAL-XFE)을 활용했다. 포항공대에 있는 포항 4세대 방사광가속기가 그것이다.</p>
          <p contents-hash="6d6bfd30cad1afc84d16b513df9eb5642d4d9fa2c86ab60a1162cb0a2d3dedb3" dmcf-pid="0kA5fF4qZP" dmcf-ptype="general">영하 70도부터 온도를 올려가면서 추적한 결과, 영하 60도보다 높은 온도에서는 상전이가 관찰되지 않아 물이 하나의 상으로만 존재한다는 것을 확인했다. ‘액체-액체 임계점’ 가설을 증명했을 뿐 아니라 그것이 영하 60도 부근에 있다는 것을 관측해낸 것이다.</p>
          <p contents-hash="8e13d70fb9822b45768bf06f289c235460612aef6d8fc543c6afd5d09ff45a33" dmcf-pid="pEc1438BZ6" dmcf-ptype="general">김경환 교수는 “물의 특별한 성질과 ‘액체-액체 임계점’을 둘러싼 오랜 세월 동안의 학계 논쟁이 마침내 매듭지어지게 됐다. 이번 발견은 생명 현상을 비롯해 다양한 자연 현상에서 물이 갖는 필수적인 역할을 규명하는 출발점이 될 것”이라고 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="412cf8acaf8a6bf081ae10db2c38400ae34d2019436c4d9c0550c7a50033ca84" dmcf-pid="UDkt806b58" dmcf-ptype="general">최원형 기자 circle@hani.co.kr</p>
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