워싱턴 주립대학교, 동적 압축 과학 연구의 선두주자로 자리매김

이미지 출처：https://www.spokesman.com/stories/2025/may/20/washington-state-university-shock-physics-research/

에릭 잭슨은 화요일 풀먼에 위치한 WSU 충격 물리학 연구소에서 가스 총의 속도 블록을 보정했습니다.

1954년, 워싱턴 주립대학교의 윌리엄 반드 교수는 미국 충격파 과학의 아버지로 여겨지는 조지 듀발과 시애틀에서 열린 산업 모임에서 우연히 만났습니다.

당시 물리학과의 의장을 맡고 있던 반드는 10년 내에 듀발을 스탠퍼드 연구소의 소장 자리에서 풀먼으로 유도하여, 학교를 충격 물리학 연구의 저명한 리더로 자리잡게 하는 데 기여했습니다.

대학의 충격 물리학 연구소는 지난주 미국 에너지부의 국가 핵 안보국으로부터 아르곤 국립 연구소의 동적 압축 부문을 감독할 협력 계약 갱신 소식을 전했습니다.

5년 계약에는 시설 지원을 위한 3천 2백 5십만 달러의 수상이 포함되어 있으며, “차세대 과학자들의 교육과 실습 훈련”을 지원한다고 대학은 보도 자료에서 밝혔습니다.

연구소의 소장인 브라이언 젠센은 “우리의 핵심 임무는 국가 실험실을 위해 사람들을 교육하는 것, 즉 제가 한 일을 이어받고 그 임무를 발전시킬 수 있는 사람들을 양성하는 것”이라고 말했습니다.

“그것이 우리의 주된 목표입니다. 다행히 우리는 이와 관련된 선구적인 과학을 하면서 많은 재미를 느끼고 있습니다.”

젠센은 지난해 소장직에 임명된 로스앨러모스 국가 연구소의 전 물리학자로, 이번 계약이 그의 부서가 극한 조건에서 물질이 어떻게 행동하는지를 연구하는 독특한 연구 및 훈련 기회를 계속 제공할 수 있게 해줄 것이라고 덧붙였습니다.

충격 물리학 연구소는 풀먼 캠퍼스와 스포캔에 위치하고 있지만, 캘리포니아공과대학교, 프린스턴대학교 및 텍사스대학교 엘파소와 협력하여 대학원생 및 전문 학생들이 WSU 또는 국가 실험실을 통해 연구를 수행할 수 있도록 하고 있습니다.

젠센은 “기본적으로 우리는 학생들에게 자금을 지원하고, 그들이 여기에 와서 ISP에서 충격 물리학을 배우도록 한 다음, 집에서 교수와 함께 작업하도록 하고 있습니다.”라고 말했습니다.

“따라서 우리는 학생들을 WSU 자원으로 직업 세계에 진출시키기 위한 방법을 찾고 있으며, 국가의 선두 주자로서 또한 대학의 동료들을 통해 훈련을 보완하고 있습니다.”

젠센은 연구소에서 진행되는 탐구가 물리학, 화학, 공학 또는 지구과학 등 여러 분야를 아우른다고 언급하며, 연구자들은 물질이 극한 환경에서 어떻게 행동하는지를 이해하기 위해 노력하고 있다고 밝혔습니다.

“그러한 극한의 압력, 온도 및 속도는 종종 ‘총’이라고 불리는 특수한 챔버 안에서 실험실 환경에서 모방됩니다. 이들은 7킬로미터/초 이상의 속도로 발사체를 쏘아 올린다.”

“비교를 하자면, 이 속도는 우주 셔틀이 대기를 벗어나기 위해 필요한 속도보다 1킬로미터 짧습니다. 물질 행동은 고속 카메라, 레이저 및 센서를 사용하여 수조에서 피코초에서 마이크로초라는 매우 좁은 시간 범위 동안 측정된 데이터를 통해 연구됩니다.”

젠센은 “예를 들어, 우리가 철의 행동을 이해하고 싶다면, 우리가 그것을 고온의 상태에서 고체에서 액체로 변하는 과정을 보려 할 경우, 우리는 아래층의 이중식 총에서 그것에 충격을 가하고 그러한 조건에서 어떻게 액화되는지를 연구할 수 있습니다.”라고 설명했습니다.

“이것은 다른 방법으로는 정말로 어렵습니다.”

연구소의 또 다른 사례로는 2021년에 인공적으로 만든 육각형 다이아몬드가 자연에서 발견된 정육면체 다이아몬드보다 더 강하다는 것을 입증한 방법이 있습니다.

WSU 인사이더에 보고된 바에 따르면, 연구자들은 그래파이트 원반을 15,000 mph의 속도로 투명한 물질에 충격을 주어 육각형 다이아몬드를 만드는 데 성공했습니다.

이 충격은 그래파이트를 다이아몬드로 전환하고 연구자들은 음파와 레이저를 사용하여 강성을 측정했습니다.

그들은 육각형 다이아몬드가 자연의 정육면체 다이아몬드보다 더 강하다는 것을 발견했으며, 이는 향후 기계나 다른 용도에서 유용할 수 있는 잠재적 가치를 갖고 있습니다.

젠센은 충격 물리학 연구가 항공우주, 국가 안보, 재생 가능 에너지 및 지구물리학을 포함한 다양한 분야와 산업의 기본 이해를 발전시키고 기술 개발에 기여하고 있다고 말했습니다.

그는 “우리가 의도적으로 구축한 모든 것을 파괴하는 경우가 많기 때문에 연구 분야가 본질적으로 비용이 많이 듭니다.”라고 밝혔습니다.

“우리는 실험을 구축하는 데 몇 주를 소요하고 난 후에, 백억 분의 1초 만에 우리가 구축한 모든 것을 파괴합니다.”

“인프라가 비쌉니다. 우리는 세계 최고의 디지털화 장비, 세계에서 가장 빠른 카메라를 운영하고 있습니다. 우리가 그것을 파괴하지 않으려 하지만, 나머지는 모두 소모품이기 때문에 우리는 데이터를 수집하기 위해 많은 비용을 지출합니다.”

이러한 연구에도 불구하고 젠센은 연구소의 연구가 WSU의 예술 및 과학 대학 기금의 약 40%를 유치하고 있다고 밝혔습니다.

“좋습니다.”라고 젠센은 말했습니다. “대학에 좋고, 기술 발전에 좋으며, 그리고 학생들에게 접근할 수 있는 정말로 독특한 자원입니다.”

연구소는 잘 갖춰진 풀먼 위치와 스포캔에 위치한 응용 과학 연구소를 보유하고 있으며, 투자자들이 연구를 계약할 수 있습니다.

하지만 젠센은 시카고 외곽의 아르곤 국립 연구소의 시설 능력은 비할 데가 없다고 강조했습니다.

최첨단 시설은 극한 조건 모델링과 X-ray 회절과 같은 최첨단 진단 기술을 결합하여 물질이 미세한 규모에서 어떻게 작용하는지를 데이터로 제공합니다.

“반대로, 젠센은 풀먼에서 수행되는 실험에 사용되는 일반적인 레이저 진단은 대규모 수준에 집중한다고 설명했습니다.

“현재 연구 분야의 추진력은 메조스케일 수준에서 더 나은 이해를 얻기 위한 것으로, 이는 미세 수준에서의 특정한 영역이지만, 불순물, 결정립 경계, 완벽하지 않은 현실의 물질이 충격 과정을 복잡하게 만드는 것입니다.”

“우리는 그 충격파를 어떻게 보고 이해할 수 있을까요?”라고 젠센은 덧붙였습니다.

“노력을 통해 수십억 달러의 연구 투자로 추진되고 있는 메조스케일은 모든 복잡성이 존재하는 곳이며, 이해의 탐구가 전방위적으로 진행되고 있습니다.”

그는 대학이 “국가적인 과학적 필요와 임무를 충족시키기 위해 잘 준비되어 있으며, 세계의 다른 지역들이 여전히 해내려는 일을 하고 있다.”라고 말하며, “미래에 대한 기대가 큽니다.”라고 덧붙였습니다.