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

출처=Claudiu Stan/Rutgers University Newark

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 270dB이라는 역대 최고 세기 음파를 만드는 데 성공했다.

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