극한물리연구소

물리학이 제공하는 엄밀하고 창의적인 학문의 특성은 첨단 과학 지식 주도형의 국가 발전에 기여뿐 아니라 산업체 응용과학의 분야에서도 중심적 역할을 할 수 있다. 극한물리학을 기반으로 한 과학․기술 연구 분야들의 기초․원천 기술 측면에서의 중요성 및 미래 국부 창출 여부에 대한 전망 등은 이미 잘 알려져 있다.

본 연구소는 극한물리학을 근간으로 하는 경쟁력 있는 우수 연구들을 창출, 수행할 수 있도록 지원할 것이다. 또한 부산․울산․경남의 기초 과학 및 첨단 기술의 연구 및 산업체 응용의 구심체로서의 역할을 충실히 수행하기 위하여 주변 대학뿐만 아니라 산․학․연 및 부산시/경상남도 사이에 상호 협조/보완하는 체계를 구축하는데 본 연구소가 기여할 수 있도록 할 것이다.

정보화 사회의 급격한 도래와 함께 전송 수단의 초고속화의 필요성과 더불어 저장매체의 대용량화는 필수적인 조건이 되고 있다. 이와 같은 정보 소재에 강유전체는 현재 다양한 기능성을 보이는 소자의 원천 소재로 전 세계적으로 많은 연구가 진행되어 왔다. 비휘발성 메모리의 축전기 소자, DRAM의 축전기 소자, 적외선 센서 소자, 전광 소자, MEMS 소자 등 현대 생활에 필수 불가결한 다양한 용도의 기능성소자의 중요한 일부분이 되었다. 특히 마이크로 및 밀리미터파 연구에서 유전체의 전기장에 대한 유전율의 변화를 이용한 능동형 소자의 개발은 급속히 발전되고 있는 분야이며, 한국의 PCS 산업 및 초고주파의 응용성에 대비한 연구의 집중이 필요한 분야이며 또 그 적기라고 생각된다. 현재 강유전체를 사용한 메모리가 현실적으로 가능하게 되고 있다. 강유전체 메모리는 기술적으로 현존하는 메모리의 대체뿐만 아니라 하드디스크를 대체할 수 있는 등 일체형 메모리, 즉 현존하는 모든 데이터 저장에 필요한 것을 모두 대체할 수 있다는 장점이 있으며 이는 ferroelectric RAM(FRAM)이 지니고 있는 매우 큰 매력이라고 할 수 있다.

우리나라는 차세대 동력 산업의 일환으로 부품 소재를 들고 있으며 고 부가가치를 가지는 첨단화된 부품 소재의 개발에 많은 자원을 투자하고 있다. 그러나 우리나라 부품-소재산업의 경쟁력은 아직 충분하지 못한 상태이다. 선진국에 비해 기술수준은 80 % 정도라고 진단하고 있으며 지난 2004년을 기준으로, 선진국을 100으로 볼 때 생산기술은 82, 설계기술 79, 신제품개발기술은 77 정도라는 평가다. 따라서 원천기술이 포함된 첨단 부품-소재는 수입에 의존하고 있는 실정이다. 이를 극복하기 위하여 핵심 부품·소재의 세계적 공급기지화 달성을 목표로 하고 있으며 이는 신기술 신제품 창출의 원천으로 부품 소재 산업이 산업 전체의 경쟁력을 좌우할 것으로 보고 있기 때문이다. 또한 지금 선진국은 이러한 세계 산업구조의 패러다임 변화를 인식하고 핵심 부품ㆍ소재의 원천기술 확보에 주력하고 있다. 이는 생산원가에서 60 % 이상의 비중을 차지하는 등 최종재의 가격 및 품질에 중요한 역할을 담당하고 있고 부품ㆍ소재의 원천기술 확보가 세계의 경쟁에서 우위를 지킬 수 있는 유일한 수단임을 인식하였기 때문이다. 이를 위하여 차세대 핵심 부품·소재의 독자적 기술기반 구축, 부품·소재산업의 수출 촉진 및 투자 유치 지원, 부품·소재기업의 전문화·대형화 지원, 부품·소재산업에 대한 민간 투자 활성화를 위한 투자를 증대하고 있다. 또한 국가적 차원의 연구 지원 사업으로 소재 소자 부분의 연구로는 21세기 프론티어연구개발사업에서 나노메카트로닉스, 나노소재기술, 테라급 나노소자 개발 사업단 등이 소재 소자 연구에 집중하고 있다.

전자산업의 핵심이라 할 수 있는 반도체 소자 산업은 대용량 저장 장치 수요의 증가 및 휴대 기기의 보편화로 인해서 소자의 고 직접화 및 소형화를 요구하고 있다. 이러한 산업적인 요구를 충족하기 위해서는 단위 소자의 크기를 수십 나노미터 단위로 제작하는 것이 가능하게 되었으며, 앞으로도 급격히 소형화가 진행될 것이다. 이러한 단위 소자의 소형화에 때문에 소자 내부에서 일어나는 전자 전도 현상은 통계적인 고전 전도 이론뿐만 아니라 양자역학적 전도 이론을 이용하여야만 설명이 가능하게 되었다. 나노 소자에서 일어나는 전자의 양자역학적 전도 특성을 연구하는 양자 소자 연구 분야는 기존의 반도체 산업에 매우 중요할 뿐만 아니라 전자의 양자역학적 특성을 이용하여 기존의 고전적인 소자에서는 구현할 수 없는 새로운 특성을 띠는 소자의 구현이 가능하게 되기 때문에 신개념 소자 개발을 통한 새로운 부가가치의 창출에 중요한 역할을 할 것이다. 특히 양자소자 연구 분야는 최근에 와서 각광 받기 시작하였기 때문에 외국에서도 기초 및 원천 기술 개발 단계에 있으며, 우리나라의 반도체 소자 산업 관련 기술 인력 및 기반 시설을 이용해 빠른 시간 내에 세계적인 수준에 도달 할 수 있을 것으로 사료되며 이를 통해 신개념소자의 개발이 용이할 것이다. 또한 우리나라에서 반도체 산업이 국가 경제에 매우 큰 부분을 차지하고 있고 천연자원이 전무한 상황에서 이러한 최첨단 제조업만이 우리나라를 선진국 대열에 설 수 있게 하는 유일한 대안이 될 것이다. 따라서 이러한 미래형 소자 제작 및 개발에 관한 기초 연구의 중요성은 아무리 강조되어도 과하지 않다.

본 연구에서는 GaAs/AlAs 이차원 전자계에서 형성되는 간섭성이 매우 높은 전자계를 이용하여 양자소자를 연구하고자 한다. 이러한 양자 소자의 장점은 전자를 완전히 파동만으로 취급할 수 있기 때문에 가장 이상적으로 전자의 양자역학적 특성을 연구할 수 있다. 따라서 교과서적인 양자 전도 현상을 실험적으로 완벽하게 구현할 수 있다. 이러한 장점은 전자의 양자역학적 특성을 이용한 신개념 소자개발에 매우 유리하다. 따라서 양자소자 관련 원천 기술개발에 큰 장점이 있다고 사료된다. 본 연구 방향은 메모리 및 새로운 NT 및 IT 분야에 활용될 새로운 산화물, 예를 들어, 강유전체, 강자성체, R-RAM 소재, 초전도체를 중심으로 소자, 소재 연구를 진행하게 된다. 새로운 강유전체의 개발과 강유전체와 반도체의 접합 시 야기되는 계면의 특성 연구 및 원자 단위의 박막 제작의 연구도 병행할 계획이다. 또한 강유전체와 더불어 강자성체의 성질을 보이는 다강체의 연구를 통하여 새로운 소자 연구의 기초 연구가 이루어진다. 또한 양자 현상의 중요성이 대두됨에 따라 양자점을 이용하여 전자들의 파동성 및 얽힘(entanglement) 현상을 연구하여 NT 분야의 소자 개발에 필요한 기초 연구를 수행한다.

최근 국내외를 막론하고 나노영역에서 일어나는 양자역학적 효과를 이용한 신기능 소자들의 개발이 활발하게 진행 중에 있다. 따라서 본 연구에서는 양자점을 이용한 신기능 소자를 연구 개발한다. 그 하나로 CMOS (complementary metal oxide semiconductor)의 절연층 내부에 나노결정을 삽입하여 나노결정의 충-방전을 이용하여 정보를 저장하는 차세대 비휘발성 메모리 소자구조를 연구한다. 이와 더불어 이차원 전자계에서 이중 양자점을 이용한 양자비트(qubit)를 연구하고자 하며 이를 이용하여 양자 컴퓨팅에 관련된 기초 연구한다. 이를 위해 크게 강유전체를 이용한 신개념 소자 및 소재 개발과 차세대 신기능 소자에 관한 기초적인 연구로 나누어 진행을 한다. 특히 기존의 확립된 강유전체 소재 및 소자 개발 경험 및 기술을 이용 신기능 소자연구를 지원하여 새로운 소자 연구를 원활히 할 수 있도록 유기적인 연구 체계의 구축이 필수적이다.

본 연구 경향은 특히 메모리 및 통신 분야에서 두드러지는데, 그 대표적인 예로 스핀트로닉스(spintronics)와 양자통신(quantum communication)을 들 수 있다. 이 두 분야의 연구는 모두 물질 내 양자상태의 광학적 제어라는 공통점을 가지고 있고 메모리 용량과 정보통신 및 통신보안에 일대 혁신을 가져올 것이라 기대된다.
비단 위에 언급한 연구뿐만 아니라 광과학 및 광기술과 기존의 재료 및 전자공학이 융합된 신개념의 광전자소자 연구는 매우 다양하다. 따라서 복합적 연구에 있어서 광과학 및 광기술 개발연구는 매우 중요한 위치를 차지하고 있으며 광물성 연구는 학제 간 융합을 보다 적극적으로 결합시킬 필요가 있다.

응집물질 이론연구 그룹에서는 SPINTECH-III 이후 spin Hall 현상과 고온 초전도 현상의 근본 기구에 대한 집중연구 토론회의를 실시하고 있다. 이 사업에서 개발하고자 하는 스핀기능 소재의 물성에 대한 이론모형은 연구소와 산업체에서 개발하고자 하는 스핀기능 자기장 감지 및 조절 양자소자 등의 개발에 필요한 기준으로 활용할 수 있을 것이다. 또한 기존의 반도체 소자에 융합하여 형성되는 신개념의 다중 물리량 제어방식의 융합소자인 스핀 트랜지스터, 스핀 메모리, 스핀 LED, 광 스위치와 같은 차세대 정보통신 산업에 활용될 수 있다. 이러한 연구목표를 달성하기 위해서는 연구 수행 과정에서 실험 연구자들과의 긴밀한 연구협의가 필수적이며, 사업단내 실험 연구실과 연구결과를 공유함으로써 사업단의 목표 달성에 있어서 시너지 효과를 발휘할 수 있다. 이 과제에서는 우리대학에서 보유하고 있는 PLA와 laser MBE 방법으로 층쌓기 양자우물 성장시킨 다양한 스핀기능 반도체 소재와 이들의 양자소자 구조에 대한 실험연구 결과를 이론모형 개발에 활용할 것이며, 이론적인 탐구결과를 feedback 할 것이다.

핵물리학은 우주가 무엇으로 이루어져 있는가를 이해하기 위한 학문이다. 크게는 핵으로 이루어져 있는 핵물질이나 중성자별과 같이 고밀도의 물질을, 작게는 쿼크로 이루어져 있는 핵자와 그 들뜸 상태들, 그리고 가속기에서 생성되는 수많은 종류의 입자의 구조와 반응 메커니즘을 연구하는 학문이다. 핵물리학을 이해하기 위해서는 우주의 근본 상호작용으로 알려져 있는 강상호작용, 전자기상호작용, 그리고 약상호작용에 대한 근본적인 이해가 선행되어야 한다. 이 중에서 핵물리에서 가장 중요한 작용을 하는 상호작용이 바로 강상호작용이다. 하지만 강상호작용은 저에너지 영역에서 그 비섭동적인 양태 때문에 특히 다루기 힘든 상호작용으로 악명이 높다. 따라서 현재 이론에서는 강상호작용을 설명하는 근본 이론인 양자색소역학의 중요한 성질을 만족하는 모형을 구축하거나 현재까지 알려진 유일한 비섭동적인 방법인 인스탄톤을 통해 기술하거나 QCD 합산법칙을 이용하거나 아니면 고성능 컴퓨터에 의존하는 격자 게이지 이론을 사용한다.

핵물리학은 1MeV와 같은 아주 작은 에너지 영역에서부터 현재 기술로 이를 수 있는 거의 최고 에너지에 이르기까지 넓은 에너지 영역에서 이론과 실험이 밀접한 관계를 유지하며 연구를 수행하는 분야이기도 하다. 실험 분야에서는 1 GeV 이상의 중간 및 고에너지 영역에서 외국에 있는 가속기에서 실험을 수행하거나 저에너지 영역에서 2006년 4월부터 가동에 들어갈 부산대학교의 13 MeV 싸이클로트론과 원자력 의학원의 50 MeV 싸이클로트론, 그리고 포항가속기 센터의 전자 저장링을 이용한 핵물리 실험들이 가능하다. 핵물리학은 기초과학뿐만 아니라 우리나라의 에너지 및 환경 문제, 그리고 입자 검출기와 실험에 필요한 과녁 개발을 통하여 원천 기술을 확보할 수 있다는 점에서 장기적으로 투자를 꾸준히 해나갈 필요가 있는 분야이기도 하다. 실제로 핵물리학에서 개발된 여러 측정 방법들을 통해 우리나라의 방사능 환경 실태 파악이나 원전 주변의 환경 감시를 수행하고 있으며 편극 헬륨 과녁 개발을 통해 얻어진 기술들을 이용하여 의료 산업에 필요한 핵심 장비들을 개발하는 데 큰 영향을 미치고 있다.

본 연구그룹에서 주로 수행하고 있는 고에너지 중이온충돌 실험/이론 분야는 국가차원에서 이루어질 수 있는 초대형 연구 사업들로서, 기초 및 원천기술의 영역을 모두 아우르고 있다. 세계적으로 최첨단에 속하는 이 분야는 기본적으로 거대 가속기 시설을 필요로 한다. 또한 세계 과학을 선도하고 있는 미국과 독일 등 유럽, 일본의 경우, 최첨단 기술에 기반을 둔 초대형 가속기 연구시설을 국립연구소로 차별화하여 지원하고 있다. 특히, 이러한 초대형 연구시설을 구축, 유지 및 개발 하는 데 있어서 필수적인 기술 인력 양성애 그 바탕을 두고 있다.

본 연구에서 다루고 있는 주요 기술은 기초기술로서 방사성 물질에 대한 취급 및 오염에 대한 다양한 기술, 세계적인 연구그룹들과 동등하게 연구를 수행하기 위한 전산화 및 네트워킹 기술, 또한 대용량 데이터를 고속으로 집속하여 저장하고, 분석하며, 필요시 요구되는 전산 시뮬레이션 등의 기초분야의 기술과, 초고에너지의 강입자 및 경입자를 효과적으로 검출할 수 있는 검출기 제작 및 개발 기술, 대용량의 데이터를 데이터베이스화 하여 자유자재로 분석하기 위한 전산프로그램 기술과 같은 원천기술이 있으며, 이 기술들은 기초과학이 갖는 부산물로서 산업화 가능성을 충분히 내포하고 있다.
따라서 이러한 하드웨어와 소프트웨어에 이르는 방대한 범위의 기술들은 사회 각 분야에 대한 파급효과 또한 대단히 크다. 그 일례로 유럽 공동 핵 및 입자 연구소인 CERN에서 공동연구원들이 서로 효율적으로 데이터 및 정보를 공유하도록 개발된 World Wide Web (WWW) 기술은 오늘날 전 세계적으로 인터넷 혁명을 이끌어 내는 데 원동력이 되었다.

본 연구에서 연구하고자 하는 고온/고밀도 물질은 지구상에서 자연스러운 상태로는 존재하지 않는 것으로, 전파망원경에 의해 그 존재가 확인된 중성자별 내부와 미국의 브룩헤이븐 국립 연구소, 유럽의 CERN 연구소 등에서 이미 수행중인 중이온 충돌 실험에서만 존재할 수 있다. 이러한 고온/고밀도 물질에 대한 연구는 초기 우주의 상태를 이해하는 데 필수적이며 또한 우주에 존재하는 대부분의 무거운 원소들의 형성원인인 초신성 폭발과 직접적인 관계가 있으므로, 소립자의 세계뿐만 아니라 우주의 진화에 대한 결정적인 단서를 제공할 수 있다. 이러한 관측, 실험과 이론적 뒷받침을 받아 이 연구 분야는 현재 "천체-강입자물리"라는 새로운 영역을 개척하며, 활발한 연구가 진행 중에 있다.

초신성 폭발의 결과로 형성되는 고밀도 천체인 중성자별은 질량이 태양의 1.5 배가량이고 반경이 15 km내외일 것으로 추정되는 별로서, 별 전체가 하나의 핵처럼 활동하는 천체이며, 전파망원경에 의해 그 존재가 확인되었다. 이 중성자별은 현대 물리학의 결정체로서 지구상에 자연 상태로 존재하지 않는 고밀도 물질에 대한 결정적 단서를 제공할 수 있어서 각광을 받고 있다. 1974년 중성자별의 발견으로 헤위쉬 박사에게 노벨물리학상이 수상되었으며, 1983년에는 일반 상대성 이론에 기초하여 백색왜성, 중성자별, 블랙홀의 성질에 대한 이론적 연구를 수행한 찬드라세카 박사에게 노벨물리학상이 수상되었다. 1993년에는 중성자별 쌍성의 공전 주기 변화를 관측하여, 중력장의 존재를 확인한 공로로 헐스와 테일러 박사에게 노벨상에 수여되었고, 2002년에는 중성자별을 수반한 초신성 폭발(SN1987A)에서 형성된 뉴트리노를 관측하여 초신성 폭발과 중성자별의 상관관계에 대한 단서를 제공한 공로로 일본의 고시바 교수에게 노벨물리학상이 수여되었다. 이와 같이 70년대 이후 거의 매 10년마다 중성자별과 관계된 연구에 4번의 노벨상이 수여된 사실이 이 분야에서 중성자별에 대한 연구의 중요성 및 연구 동향을 대변해 주고 있다.

현재까지 발견된 중성자별의 대다수를 이루고 있는 펄사(전파를 방출하는 중성자별)에서는 중성자별의 질량에 대한 정보만을 얻을 수 있었다. 하지만, 최근 엑스선 우주선 탑재망원경 찬드라 및 허블 광학 망원경을 통하여 독립적으로 활동하는 중성자별이 발견됨으로서 중성자별의 반경을 직접 관측할 수 있는 가능성이 열렸다. 중성자별까지의 거리와 엑스선의 선량을 조사한 결과 기존의 예상과 달리 아주 작은 영역(반경 7-8 km 이내)에서 엑스선이 방출되는 것이 발견되었다. 중성자별 내부에 양성자, 중성자가 아닌 새로운 물질들이 존재할 경우 중성자별의 반경에 결정적인 영향을 미치므로, 이러한 새로운 관측은 기존의 많은 이론이 갖는 타당성에 의문을 제시하고 있다. 특히 쿼크들로 구성된 중성자별은 반경이 작다는 이론적 계산결과가 나와 있으므로, 그 존재 가능성은 많은 논란을 일으키고 있다. 또한, 최근 초신성의 잔해에서 발견된 특이한 흔적들은 중성자별이 식어가는 과정에 대한 새로운 의문을 제시하고 있다. 이러한 발견과 더불어 위성탑재 망원경의 관측기술의 발달에 힘입어 중성자별 표면 물질의 성질에 대한 관측을 하기에 이르렀다. 현재 1999년에 발사된 위성탑재 엑스선 망원경인 미국 NASA의 찬드라와 유럽의 XMM-Newton, 그리고 광학 망원경인 허블 등이 활동하고 있다. 앞으로 4개의 위성을 동시에 사용하는 엑스선 관측위성인 Constellation-X가 현재 연구개발 단계에 있다. 특히 Constellation-X는 기존의 엑스선 망원경보다 100배의 성능을 보여줄 것으로 기대된다. 따라서 이러한 위성탑재 망원경의 발전에 힘입어, 중성자별에 대한 새로운 자료가 수년 내에 제공될 것으로 기대된다.

지구상에서 자연스러운 상태로서는 존재하지 않지만, 초기 우주나 중성자별 내부에서 존재가 가능한 고밀도 상태를 지구상에서 구현하고자 하는 중이온 충돌 실험이 현재 미국과 유럽에서 활발하게 진행 중에 있다. 아직 이론적으로 논란의 여지가 남아 있긴 하지만, 독일 국립 연구소인 GSI에서는 무거운 핵자들을 충돌시켜 고밀도 상태에서 핵자들의 성질이 변하는 것을 확인하였다. 미국 브룩헤이븐 국립연구소에서는 보다 높은 에너지의 상대론적 중이온 충돌 실험이 현재 진행되고 있다. 특히, 이 실험에서는 큰 충돌 에너지에 의하여 고온의 상태가 형성되며, 이 경우 보통의 입자가 아닌 쿼크-글루온 플라즈마 상태로의 상전이가 일어날 가능성이 제시되고 있어, 그 귀추가 주목된다. 또한, 최근 브룩헤이븐 실험의 일부인 STAR 실험에서 벡터 메존 입자들의 질량이 줄어드는 현상이 관측되어 고밀도 상태에서의 물질 변화에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.

중력파의 존재는 아인슈타인의 일반상대성 이론에 의해 예측되었는데, 1993년 중성자별 쌍성의 공전 주기 변화의 관측에 의해 중력장의 존재가 간접적으로 확인되었다. 이후, 중성자별의 병합 과정에서 발생하는 중력장을 직접 실험실에서 측정하려는 실험이 전 세계적으로 활발하게 이루어지고 있다. 대표적인 것으로 미국의 LIGO가 2004년에 가동을 시작하여, 현재 활발하게 관측이 진행되고 있다. 현재 가동 중인 1단계 LIGO에서 예측되는 중력파의 검출 빈도는 년 간 한두 개로 매우 낮지만, 현재 계획 중인 2단계 LIGO에서는 연간 수백 개의 중력파를 관측할 수 있을 것으로 기대되고 있다. LIGO 외에도 TAMA300, VIRGO, LISA, GEO600, AIGO등 다양한 중력장 실험이 현재 가동 또는 계획 단계에 있다. 이러한 실험의 진행과 병행하여, 가능한 중력장의 원인이 되는 중성자별쌍성과 이들에서 방출되는 중력장의 형태에 대한 예측 연구가 진행되고 있다. 이러한 중력장의 검출을 위해서는 고난도의 정밀도를 요구하므로, 블랙홀과 중성자별이 측정 가능한 중력장의 소스로 활발한 연구가 진행되고 있다.

입자물리학의 표준이론은 게이지 이론을 바탕으로 하고 있다. 물질을 이루는 가장 기본적인 입자인 소립자의 강상호작용은 SU(3) 게이지 이론인 양자색소역학에 의해 잘 설명되며, 약상호작용은 SU(2)xU(1) 게이지 이론에 의해 완벽하게 기술된다. 비록, 수많은 실험 데이터에 의해 양자색소역학이 검증되었지만 대부분이 섭동 계산이 가능한 영역에서만 이루어 졌고, 낮은 에너지 영역에서 나타나는 비섭동적 현상은 이론적 이해의 부족으로 실험적 검증은 아직 미비한 수준이다. 따라서 입자물리학의 표준모형의 한 축을 이루는 양자색소역학에 대한 진정한 실험적 검증을 하기 위해서는 비섭동 영역에 대한 연구가 절실하다. 본 연구그룹은 강하게 상호작용하는 게이지이론의 비섭동적 성질을 연구하여 아직 이해가 되어 있지 않은 낮은 에너지 영역에서의 양자색소역학을 보다 잘 이해하고자 한다. 또한 이를 바탕으로 약전자기 게이지 이론의 핵심 개념인 대칭성의 깨짐을 동력학적 관점에서 이해하고 나아가, 소립자의 표준모형의 문제점을 해결하는 보다 더 근본적인 이론을 찾고자 한다. 최근, 격자게이지 이론의 발달과 AdS/CFT 대응과 같은 게이지 이론에 대한 새로운 패러다임의 도입으로 강하게 상호작용하는 게이지 이론에 대해 발전이 급격히 이루어지고 있다. 또한, 2007년경에 가동될 Large Hadron Collider (LHC)에서 약전자기 대칭성 깨짐의 기원을 밝혀지리라 예상되어 표준모형을 넘어서는 근본 이론에 대한 연구가 세계적으로 매우 활발히 이루어지고 있다. 따라서, 강상호작용 게이지 이론에 대한 연구가 그 어느 때 보다 절실하며 소립자의 상호작용을 기술하는 근본 이론을 밝혀내는 데 꼭 필요한 연구이다.

비섭동적 현상의 대표적인 예가 강한 상호작용에 의해 입자들이 자발적으로 응축이 되어 사소하지 않은 바닥상태가 동력학적으로 생성되는 현상이다. 본 연구그룹에서는 지난 10여 년간 동력학적 대칭성의 깨짐에 관한 연구를 지속적으로 수행해왔으며, 최근에는 높은 바리온 밀도에서 양자색소역학의 비섭동적인 현상을 기술하는 고밀도 유효장 이론을 개발하여 이 분야 연구의 표준적인 이론체계를 제공하였다. 또한, 정밀한 약전자기 실험 데이터에 부합되는 동력학적 양전자기 대칭성의 깨짐에 관한 모형을 개발하여 많은 학자들로 부터 관심을 받고 있다.
본 연구에서 앞으로 중점적으로 연구하고자 하는 문제는 동력학적 약전자기 대칭성 깨짐을 바탕으로 하는 표준모형을 넘어서는 근본 이론 탐구, AdS/CFT 상응을 이용한 강상호작용 게이지 이론 연구, 그리고 유한밀도 양자색소역학에 대한 연구이다. 본 연구그룹에서 다루고자 하는 강한 상호작용 게이지 이론 연구를 통해 물질을 이루는 기본적인 입자의 상호작용에 대한 이해를 높이고 동시에 자연에 일어나는 비섭동적 현상에 대한 많은 이해를 가져 올 수 있다. 따라서 강상호작용 게이지 이론의 비섭동 현상을 연구함으로써 입자물리학의 표준이론에 대한 이해를 높일 수 있을 뿐 아니라 초전도 또는 초 유체 현상을 보이는 응집물질 물리나 원자물리에도 깊은 통찰력을 가져다 줄 뿐 아니라 많은 후속 연구를 파생할 것이다.