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- 물리학자 Jill Linz가 처음으로 주기율표의 모든 화학 원소를 들을 수 있게 만들었다.
- 원자 지문으로서의 스펙트럼 라인
- 각 원자의 개별 스펙트럼선은 개별적인 단일 주파수 톤으로 나타나
- 수소, 탄소 또는 산소와 같이 원자 질량이 낮은 원소는 불협화음을 더 많이 생성하는 경향
- 중금속과 같은 중원소는 스펙트럼선이 밀접하게 그룹화돼 더 높고 순수한 톤

들을 수 있는 주기율표
소리로 변환하면 요소의 특징적인 스펙트럼을 들을 수 있다.

음향 화학:
미국 물리학자가 처음으로 주기율표의 모든 화학 원소를 들을 수 있게 만들었다. 각 원자는 음높이, 지속 시간 및 음향 특성이 해당 요소의 스펙트럼선에서 직접 파생되는 개별 사운드로 표시된다. 결과 사운드 스펙트럼에서 더 가벼운 요소는 예를 들어 스펙트럼의 선이 다른 폭으로 흩어져 있기 때문에 중금속보다 청각적으로 다른 톤을 생성한다. 

▲ 가청 주파수로 변환했을 때 수소의 특징적인 빛 스펙트럼 소리는 어떨까?© Jill Linz/ APS

단백질은 어떤 소리를 내나요? 그리고 블랙홀이나 우리 태양과 같은 우주 현상은 어떻습니까? 과학자들은 오랫동안 물리적 현상을 들을 수 있는 소리로 변환하여 이해하기 쉽게 만들려고 노력해 왔다. 이 "음파화"를 위해 그들은 분자의 고주파 진동과 방사선 폭발 또는 태양 플라즈마의 느린 진동을 우리가 들을 수 있는 소리 주파수로 변환한다.

원자 지문으로서의 스펙트럼 라인

이제 미국의 물리학자 Jill Linz는 이 원리를 원소 주기율표에 적용했다. 그녀는 원자의 특성을 소리로 변환하기 위한 기초로 다양한 원소의 분광선을 사용했다. 예를 들어 열이나 방사선에 의해 원자가 들뜨기 때문에 이 때 발생한다. 그런 다음 원자가 다시 바닥 상태로 떨어지면 과도한 에너지를 복사 형태로 방출한다.

이 방사선 방출 패턴은 원소에 따라 다르다. 따라서 스펙트럼선의 파장, 양 및 전자기 스펙트럼에 대한 분포는 각 화학 원소의 고유한 스펙트럼 지문을 형성한다. 예를 들어 연구자들은 외계 행성 대기의 가스를 식별하거나 물질의 구성을 결정하는 데 사용한다.

빛에서 소리로

Linz의 소리로의 변환은 원자의 이러한 개별 스펙트럼에서 시작된다고 린츠는 설명했다. 따라서 가청 요소의 경우 전자기 스펙트럼의 대역폭을 우리가 들을 수 있는 소리의 주파수 스펙트럼으로 전송했다.

▲ 소리로 변환하기 위해 Linz는 파장 스펙트럼을 가청 소리의 주파수 스펙트럼으로 바꿨다. © Jill Linz /CC-by 4.0

각 원자의 개별 스펙트럼선은 개별적인 단일 주파수 톤으로 나타난다. 일반적으로 많은 선으로 구성되는 요소의 스펙트럼 지문을 매핑하기 위해 물리학자는 개별 스펙트럼선의 서로 다른 톤을 결합했다. 전체 사운드에서 각각의 몫은 사운드 볼륨에 반영되는 라인의 강도로 인해 발생한다. 이 음향화의 결과는 이제 각 원자가 개별 톤으로 표시되는 음향 주기율표다.
Linz는 여기에 클릭 가능한 요소가 있는 음향 주기율표를 게시했다. 아래 링크된 사이트에서 들을 수 있다.
https://academics.skidmore.edu/blogs/jlinz/atom-tones/

주기율표의 음향 패턴

주기율표는 어떻게 생겼을까? 알칼리 금속, 희소가스 또는 할로겐과 같은 다양한 원소 그룹도 음향적으로 서로 구별할 수 있을까? Linz가 설명하는 것처럼 이것은 사실이 아니다. 이 그룹의 화학적 특성은 외부 전자의 수와 상호 작용에 의해 결정되기 때문이다. 반면에 스펙트럼 선은 전자 껍질의 개별 에너지 전이를 기반으로 한다. "따라서 주기율표의 그룹이 스펙트럼 라인과 동일한 패턴을 생성하지 않는다는 것이 논리적으로 보인다"고 물리학자는 말했다.

▲ 일부 원자 톤의 비교. © Jill Linz /CC-by 4.0

그럼에도 불구하고 일부 요소 사이에는 분명히 들리는 유사성이 있다. 예를 들어, 수소, 탄소 또는 산소와 같이 원자 질량이 낮은 원소는 불협화음을 더 많이 생성하는 경향이 있다. 이는 개별 스펙트럼선이 스펙트럼 전체에 매우 광범위하게 분포되어 있기 때문이다. 반면에 중금속과 같은 중원소는 일반적으로 스펙트럼선이 밀접하게 그룹화되어 있기 때문에 더 높고 순수한 톤을 가진다.

답변되지 않은 질문이 남아 있다.

그러나 이것들이 원자음에서 인식할 수 있는 유사성과 패턴의 전부는 결코 아니다. 따라서 미래에 Linz는 이러한 상관관계를 생성하는 원인과 원자 및 그 구조에 대해 제공할 수 있는 정보를 추가로 조사하고자 한다. "원자 세계를 탐험할 수 있는 새로운 도구를 여기서 만들었다는 느낌이 든다"며 "다른 사람들도 유용하게 사용하기를 바란다"고 물리학자는 말했다.
(183rd Meeting of the Acoustical Society of America, 2022)
출처: American Physical Society (APS)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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