올해 노벨물리학상을 받은 데이비드 J 사울레스(82) 미국 워싱턴대 교수, F 덩컨 M 홀데인(65) 미국 프린스턴대 교수, J 마이클 코스털리츠(73) 미국 브라운대 교수는 위상수 학(topology)의 개념을 적용해 물질 현상을 이론적으로 규명 한 과학자들이다. 위상수학은 연속적으로 변형이 이뤄지더라 도 변하지 않는 기하학적 성질을 연구하는 수학의 한 분야다. 노벨위원회에 따르면 코스털리츠와 사울레스는 1970년대 초에 위상수학의 개념을 활용해 상전이(phase transition· 물질의 정돈 상태가 변하는 것)에 대한 기존 이론을 뒤집어 전세계 전문가들을 놀라게 했다.

이들은 "얇은 물질층에서 '초전도 현상'(전기 저항이 0이 되 는 현상)이나 '초유체 현상'(점성이 0이 되는 현상)이 일어나지 못할 것이라는 당시 이론을 뒤집었다"고 위원회는 설명했다. 코스털리츠와 사울레스는 이런 경우에도 낮은 온도에서 초 전도 현상이 발생할 수 있는 가능성을 제시하고 온도가 올라 가면 초전도 현상이 사라지는 상전이의 메커니즘을 밝혀 냈 다. 이런 메커니즘은 코스털리츠와 사울레스의 이름을 따 'KT 상전이', 또는 러시아의 물리학자 바딤 르보비치 베레진스 키(Vadim L'vovich Berezinski·사망)의 이름까지 덧붙여 'BKT 상전이'라고 불리며, 물리학계에 엄청난 영향을 미쳤다. 사울레스는 또 1980년대에 위상수학의 개념을 적용해 낮 은 온도에서 강한 자기장이 작용할 때 발생하는 '양자 홀 효 과'(quantum Hall effect)라는 현상을 이론적으로 연구하 기도 했다.

이 현상은 1980년에 실험으로 발견한 독일 물리학자 클라 우스 폰 클리칭은 1985년에 노벨 물리학상을 받았다. 홀데인은 '양자 스핀 체인'(quantum spin chain)이라고 불리는 양자역학적 시스템의 성질을 이론적으로 연구함으로 써 일부 물질에서 발견되는 원자 수준의 자기적 성질을 규명 했다. 코스털리츠와 사울레스가 2차원 현상을 연구한 공로를 세웠다면, 홀데인은 1차원 현상을 규명했다고 할 수 있다. 그는 이런 연구를 발전시켜 내부는 전류가 흐르지 않는 절 연체이지만 표면에서는 전자가 이동할 수 있는 상태가 존재하 는 이른바 '위상 절연체'(topological insulator)에 관한 이 론을 내놓아 오래 전부터 노벨상 후보로 꼽혀 왔으나, 정작 이 번 노벨상 수상 업적에는 이 부분이 포함되어 있지 않다. 이 세 사람의 업적은 현대 응집물질물리학 분야에 이론적·실험 적 기반을 제공했으며, 첨단 신소재 연구에도 널리 응용되고 있다.

박제근 서울대 물리천문학부 교수는 사제지간인 사울레스 와 코스털리츠가 1970년대에 영국 버밍엄대에서 연구하면서 내놓은 업적으로 노벨상을 받았다며 "이들은 당연히 노벨상 을 받으리라는 것이 오래 전부터 학계의 중론이었다"고 설명했 다. 그는 또 "홀데인 교수는 공동 연구자가 많지 않고 주로 혼 자서 연구를 하는 것으로 유명하다"고 전했다. 사울레스 교수의 제자인 한정훈 성균관대 물리학과 교수는 "저차원(1·2차원)에서 양자 세계를 이해하게 해 준 세 분이 노 벨상을 받았다"고 평가했다. 1990년대에 사울레스 교수의 지 도로 박사학위를 받은 한 교수는 "사울레스 교수는 절대로 군 말을 하지 않는 전형적인 영국 학자"라며 남들이 뭐라고 질문 하면 20분째 칠판만 보다가 '그렇다'나 '아니다'라고 답한다" 고 회고했다.