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세계에서 가장 기묘한 액체로 꼽히는 초유동체 헬륨-3(3He:원자량이 3인 헬륨)을 발견한 공로로 1996년 데이비드 M. 리, 로버트 C. 리처드슨과 함께 노벨 물리학상을 받았다.

오셔로프는 1973년 코넬대학교에서 박사학위를 받았으며, 캘리포니아에 있는 스탠퍼드대학교 교수가 되었다.

헬륨-3 같은 초유동체는 보통의 액체에 존재하는 내부 마찰이 없기 때문에 어떤 저항도 받지 않고 거침없이 흐른다. 그래서 보통의 액체가 뚫고 나올 수 없는 틈새나 구멍으로 스며나올 수 있고, 용기의 벽을 타고 올라 밖으로 넘쳐흐르거나 비탈을 거슬러 올라갈 수도 있다. 헬륨-3으로 인해 과학자들은 이전에 눈에 보이지 않는 분자와 원자 및 원자구성입자에서 간접적으로만 연구할 수 있었던 특이한 양자역학 효과를 거시적인, 즉 육안으로 보이는 체계 안에서 직접 연구할 수 있게 되었다.

노벨상을 함께 받은 리와 리처드슨, 그리고 오셔로프가 헬륨-3의 초유동성을 발견한 것은 운좋은 사고 덕택이었다. 그들은 초유동체를 찾고 있었던 것이 아니라 헬륨-3의 다른 측면을 연구하고 있었다. 저온물리학의 전문가들인 그들은 코넬대학교에 독자적인 냉각장치를 만들었다. 그런데 헬륨-3을 처음 측정할 때, 온도계에 문제가 생겼다. 온도가 절대영도(-273℃)보다 수천분의 1℃쯤 내려간 것이다. 그래서 그들은 외부 압력을 서서히 변화시키면서 헬륨-3 샘플의 내부 압력을 측정하기로 결정했다. 이때 내부 압력이 시간에 따라 달라지는 방식에 변화가 일어난 것을 관찰한 사람은 당시 대학원 연구생이었던 오셔로프였다. 경험이 풍부한 선임연구원들도 그런 사소한 편차는 측정기구의 설명할 수 없는 특성으로 무시해 버리곤 했는데, 오셔로프는 자신의 관찰을 기구의 특성 탓으로 처리해 버리지 않고 연구한 덕분에 그것이 실제로 존재하는 작용임을 밝혀낼 수 있었다.