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[와우! 과학] 세상에서 가장 센 음파… ‘270 데시벨’ 소음을 만들다  

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[서울신문 나우뉴스]

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출처=Claudiu Stan/Rutgers University Newark

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데시벨(decibel, dB)은 소리의 상대적인 크기를 표시하기 위해 사용되는 단위다. 기본적으로 소리의 세기에 상용로그를 취해 얻어지므로 10dB씩 소리가 증가하는 경우 소리의 세기는 10배 강해진다. 일반적인 생활 소음은 40dB 수준이고 일반적인 대화는 55-60dB 정도다. 록 밴드 콘서트장 같은 소음이 큰 환경은 115dB 정도이며, 제트 엔진의 소음은 120-140dB로 마지막은 인간의 귀로 듣기에는 고통스러운 수준이다. 사실 이 이상 소음은 인공적으로도 만들기 어렵지만, 미국 SLAC 국립 가속기 연구소(SLAC National Accelerator Laboratory) 및 스탠포드 대학의 연구팀은 특수한 방법을 통해 270 dB이라는 역대 최고 세기 음파를 만드는 데 성공했다.
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사실 공기 중 음파는 아무리 세기가 강해도 194dB의 물리적 장벽을 돌파할 수 없다. 큰 에너지를 지닌 음파가 전파되기에는 공기의 밀도가 너무 낮기 때문이다. 밀도가 공기보다 높은 물속에서는 훨씬 강한 음파가 전달된다. 이론적으로 물속에서는 270dB의 음파도 전달될 수 있지만, 사실 이제까지 아무도 성공한 적은 없었다. 이 한계에 도달하기 위해 연구팀은 특수한 환경을 만들었다.

우선 연구팀은 물에 강한 압력을 가해 폭이 14–30 마이크로미터에 불과한 고속 마이크로 제트 형태로 분사했다. 강한 압력으로 물 분자를 움직이지 못하게 한 다음 X선 레이저로 강한 충격을 주기 위해서다. 마이크로 제트에 강력한 X선 레이저를 쏘면 갑작스러운 증발과 함께 충격파가 형성되면서 큰 소음이 발생한다.(사진) 비록 매우 작은 미시 세계에서 순간적으로 발생하는 일이지만, 이제까지 없었던 강력한 음파를 만든 것이다.

물론 이 연구는 역대 가장 큰 소음을 만들기 위한 것이 아니라 강력한 충격파가 발생하는 과정을 연구하는 것이 목적이다. 이 과정을 잘 이해하면 매우 강력한 충격파를 만들 수 있으며 이는 신물질 개발 등에 유용하게 사용될 수 있다. 270dB은 결코 인간이 들을 수 없는 수준의 소음이지만, 예상치 않았던 이득을 가져다 줄지도 모른다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com



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