K-표준, 세계 표준이 되다 | 보도자료 | 알림소식 : 한국표준과학연구원
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K-표준, 세계 표준이 되다
2021-11-10

- KRISS 광시계, 전세계 시간의 기준 되는 세계협정시 생성 참여 성공 -

- 프랑스·일본·미국·이탈리아 이어 전 세계 5번째… 20년 연구성과 결실 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박현민)에서 자체 개발한 이터븀 광시계 ‘KRISS-Yb1’이 전세계 시간의 기준이 되는 세계협정시 생성에 참여하는 데 성공했다. 우리나라는 프랑스·일본·미국·이탈리아에 이어 광시계로 세계협정시 생성에 기여한 다섯 번째 나라가 됐다.


사진 찍은 날짜: 2021년 10월 15일 오후 13:08
▲ KRISS 원자기반양자표준팀
(왼쪽 위부터 시계방향으로 이원규·유대혁·박창용·허명선·김휘동 책임연구원)

세계협정시(Coordinated Universal Time, UTC)란 전세계가 공통의 시간을 유지할 수 있도록 동기화된 과학적 시간의 표준이다. 세계 모든 나라가 이를 이용해 1초 시각을 맞추고 있으며, 전자상거래, 통신, 네비게이션 등의 기준으로 사용된다.

최근까지 세계협정시는 현재 초의 정의에 사용되고 있는 마이크로파 세슘원자시계*가 주로 이용돼왔다. 그러나 2016년 이후 이보다 성능이 훨씬 뛰어난 광시계**가 개발되면서, 정밀 측정기술을 보유한 4개국의 광시계가 세계협정시 생성에 참여하고 있다.

현재의 시간 단위 1 초는 약 구십억 헤르츠 대역의 마이크로파 세슘 원자시계로 정의되고 있다. 수백조 헤르츠 대역의 광주파수에서 동작하는 원자시계인 광시계의 정확도가 이보다 100배 이상 좋은 성능을 보이므로, 2030년경에 이를 이용해 초가 재정의될 것으로 예상된다.

* 세슘원자시계: 현재 초의 기준으로, 진동수가 1초에 91억 9263만 1770번이다. 1967년 파리에서 열린 세계도량형총회에서 세슘원자를 국제표준으로 채택했다.

** 광시계: 향후 초의 기준으로, 진동수가 1초에 518조 2958억 3659만 863.6번이다. 세슘원자시계보다 100배 이상 성능을 향상할 수 있다.

세계협정시 생성에 참여하려면, 자국의 기술력으로 시계를 보유해야 하며 그 값이 정확하고 안정성이 있어야 한다. 세계협정시의 생성을 관장하고 있는 국제도량형국(BIPM)*에 6개월 이상의 측정값을 제출하면 엄밀한 심사를 거쳐 승인된다. 세계협정시는 한 달에 한 번, 국제도량형국에서 발표된다.

* 국제도량형국(BIPM): 미터협약을 근거로 설립된 국제표준연구실 겸 사무국으로 전 세계 측정단위와 표준의 국제적 동등성 확보를 목표로 한다.

KRISS 시간표준그룹 원자기반양자표준팀은 2014년 최초 개발한 이터븀 광시계 ‘KRISS-Yb1’의 성능을 기존보다 20배 이상 향상해 세계협정시에 참여하는 데 성공했다. ‘KRISS-Yb1’은 20억 년 동안에 1 초 정도의 오차를 가질 만큼 정확하다. 연구팀은 2020년 1월부터 2021년 3월까지 14개월 동안 현재 초의 정의 한계에 근접한 정확도로 절대주파수를 측정했다.

‘KRISS-Yb1’은 세계협정시 운영을 위한 주파수 표준기로 국제도량형국에 공식적으로 등록돼, 세계협정시 생성에 참여한다.

이로써 대한민국은 세계협정시를 생성하는 광시계를 보유한 다섯 번째 나라가 되어 시간 표준 선진국임을 확인했다.


사진 찍은 날짜: 2021년 09월 27일 오후 11:45
▲ KRISS 김휘동 책임연구원이 이터븀 광시계를 이용해 실험을 진행하고 있다.

‘KRISS-Yb1’은 세계협정시 생성에 지속적으로 참여할 뿐만 아니라, 대한민국 시간의 표준인 UTC(KRIS)의 생성에도 이용될 예정이다. 실시간 UTC(KRIS) 운용과 정확도 향상을 통해 인터넷 및 무선통신망, 전력망 등의 성능 증대가 가능하며 한국형 항법시스템 KPS를 위한 시간 표준에도 활용될 전망이다.

KRISS 시간표준그룹 이원규 책임연구원은 “2025년까지 우주의 나이(약 138억년) 동안의 오차가 1 초보다 작은 세계 최고 수준의 광시계인 ‘KRISS-Yb2’를 개발할 계획”이라며, “2030년경에 있을 초의 재정의에도 주도적인 역할을 함으로써 우리나라의 위상을 높이고, 정밀과학 발전의 초석을 다지겠다”라고 밝혔다.

이번 연구결과는 측정과학분야의 세계적 학술지인 메트롤로지아(Metrologia - IF: 3.447)에 온라인 게재됐다.


세계협정시와 비교한 우리나라 시각의 정확도 [#핫클립] / YTN 사이언스

https://www.youtube.com/watch?v=aoOLSUN_AnY

국제도량형 총국에서는 매달 세계협정시와 비교해
각 나라의 시각의 정확도를 공개한다.

숫자가 0에 가까울수록 정확하다고 하는데,
우리나라의 시각의 정확도는 얼마나 높을까?

1초로 세상을 바꾸다 - 허명선 원자물리학자 [#브라보K사이언티스트] / YTN 사이언스

https://www.youtube.com/watch?v=H1zwhf95pOo

■ 허명선 / 한국표준과학연구원 시간표준그룹 그룹장
대한민국 과학을 이끌어가는 과학자들의 연구와 삶을 들여다보며 그들을 응원하는 브라보 K-SCIENTIST
일흔다섯 번째 주인공! 허명선 박사.

교통과 통신, 국방 그리고 금융에 이르는
수많은 정보는 정밀한 시간 약속에 따라 움직인다.
심지어 현재 정확한 위치를 알기 위해서도
100나노초 수준의 정확한 시각 정보가 필요하다.

1847년 영국의 그리치니 천문대 자오선을 중심으로 지구의 시간과 위치가 결정됐다.
이렇게 경도 0도는 그리니치 천문대를 지나는 선이 되었고,
이것을 기점으로 세계협정시(UTC)가 정해졌다.

그리고 대한민국의 기준이 되는 표준시를 지키는 데 앞장서고 있는 과학자가 있다.
바로 한국표준과학연구원 시간표준그룹의 허명선 그룹장이 그 주인공.

허 박사는 현재 표준시의 기준인 세슘원자분수시계의
정밀도를 높이는 저잡음 주파수 발진기 시스템을 개발했다.
또 그는 1초를 틀리는데 10억 년, 100억 년이 걸리는
이터븀광격자시계를 만드는 연구에도 매진하고 있는데.
시간은 한 번 틀리면 되돌릴 수 없기에 그의 연구는 매우 정밀한 기술을 필요로 한다.

최근에는 이터븀광격자시계가 등장하며
1초의 정의도 바뀌어야 한다는 움직임이 세계적으로 일고 있는데...
대한민국을 넘어, 세계의 기준이 되는
‘1초의 정의’를 바꾸는 허명선 박사의 이야기를 들여다보자.

기사 본문은 아래에 있어요

대한민국 표준시, 다섯 번째 ‘세계협정시’ 되다! / KBS 2021.11.10.

https://www.youtube.com/watch?v=zmW3TROJE8c

[리포트]

2014년 한국표준과학연구원이 자체 개발한 '이터븀 광시계'입니다.

레이저로 이터븀 원자를 포획하고 냉각시킨 뒤 광격자에 가둬 원자의 고유 진동수와 정확히 일치하는 1초를 만들어 냅니다.

기존에 시간 단위 1초는 마이크로파 세슘 원자 시계로 정의됐는데, 이터븀 광시계의 정확도는 이보다 훨씬 높습니다.

[이원규/한국표준과학연구원 시간표준그룹 책임연구원 : "20억 년 동안의 오차가 1초 정도를 가지는데요, 그것은 기존의 세계에서 가장 좋은 세슘 시계보다 10배 이상 좋은 성능을 보이는 정확도입니다."]

표준연의 이터븀 광시계가 세계 시간의 기준이 되는 '세계협정시' 생성에 참여했습니다.

세계협정시는 전 세계 모든 나라가 공통으로 이용하는 과학적 시간의 표준입니다.

이 세계협정시 운영을 위한 주파수 표준기로서 이터븀 광시계가 국제도량형국에 공식적으로 등록되면서 프랑스·일본·미국·이탈리아에 이어 광시계로 세계협정시 생성에 참여한 다섯 번째 나라가 됐습니다.

[허명선/한국표준과학연구원 시간표준그룹장 : "휴대폰에 사용하는 무선통신기술이라든지 그리고 우리가 차량 운행할 때 사용하는 위성항법 시스템 같은 곳에 정확도를 훨씬 높이는데 크게 기여할 수 있을 거라 생각합니다."]

한국표준과학연구원은 2025년까지 우주의 나이 약 138억 년 동안 오차가 1초보다 작은 세계 최고 수준의 광시계를 개발할 계획입니다.