자연계의 초고속 현상을 측정하기 위해서는 적절한 도구와 방법이 필요하다. 펨토초 레이저의 개발로 펨토초 단위의 분자 운동을 기술하는 펨토화학이 발전하게 되었고, 펨토화학의 선구자였던 아메드 즈웨일 교수가 1999년 노벨 화학상을 받았다. 2023년 노벨 물리학상은 ‘물질 내의 전자 운동 연구를 가능하게 만든 아토초 펄스의 생성에 대한 실험적 방법’을 개발한 공로로 3인의 과학자들, 피에르 아고스티니, 페렝크 크라우츠, 앤 룰리에 교수에게 주어졌다. 인류가 가지고 있는 측정기술의 한계를 펨토초 수준에서 아토초 수준으로 발전시킨 공로의 중요성을 생각하면 그들의 노벨 물리학상 수상이 어쩌면 당연한 결과라 할 수 있다.

이번 특집호에서는 아토 과학의 발전에 큰 이정표가 되었던 고차조화파의 발견(‘고차조화파의 원리’ – 김형택, 윤혁 박사), 시분해 분광학의 응용(‘아토초 펄스를 이용한 광전효과의 지연 현상 측정’ – 김경택 교수), 아토과학의 발전과 전망(‘아토초 과학, 기술’ – 김동언 교수)에 대한 연구주제를 설명하고, 앞으로의 응용 및 발전 가능성에 대해 논의하고자 하였다. 세 편의 논문이 아토과학의 모든 주제를 자세히 다루기는 어렵다 하더라도, 전반적인 연구 주제를 소개하고 간략히 설명하려 노력하였다.

아토과학을 연구하는 연구자들 사이에는 아토과학의 중요성 때문에 언젠가는 노벨상이 수상될 것이라 생각하는 이들도 있었고, 아토과학이 우리 일상에 영향을 주는 큰 응용 분야가 없기 때문에 노벨상은 시기상조라는 회의적인 시각을 가지는 이들도 있었다. 그럼에도 불구하고, 노벨 물리학상이 아토과학에 수상되었던 것은 인류의 한계에 대한 도전의 중요성을 높이 평가했던 것이 아닐까 생각한다.

아토과학이 많은 발전을 이루긴 했지만 아직도 해결해야 할 문제가 많다. 원자 분자 물리학을 넘어서 더욱더 많은 분야에서 응용 연구가 이루어져야 한다. 또한, 기초과학을 넘어 산업적인 응용에도 사용되길 기대한다. 더 나아가, 아토초를 넘어서 젭토초의 시간 분해능에 대한 연구도 필요하다. 미래 아토과학의 발전과정에서는 대한민국의 과학자가 조명을 받을 수 있게 되길 기대하며 글을 마친다.

[객원 책임편집위원 광주과학기술원 물리광과학과 교수 김경택 (kyungtaec@gist.ac.kr)]