量子物理学

フォトンをカットするのは非常に奇妙だ ムハマド・ファビッド/アラミ ギリシャ神話では、レルナのヒドラから 1 つの頭を切り落としても、その場所にさらに 2 つの頭が生えてきました。そして、フォトンにとってはさらに悪いことであることが判明しました。光の粒子の一部を切断しようとすると、その結果、無限に多くの光の粒子が作成されます。 粒子の中には基本的なものもあります。これは、粒子をより小さな断片に分割することができないことを意味します。たとえば、陽子は 3 つのクォークに分割できますが、各クォークをさらに分割することはできません。しかし、とにかく素粒子を切断しようとするとどうなるでしょうか? ノルウェーのオスロ大学のヨハネス・スカール氏とその同僚は、光子が鏡に遭遇するケースをテストし、まさにそれが可能だった。 光は量子であるため、光子の搬送体と電磁波の両方として説明できます。したがって、光子は固体物体のように完全に局在しているわけではなく、空間を横切って伸びる尾を持っています。提案されたシナリオでは、ミラーは光子の一部のみを反射するのに十分な速度で移動でき、これは尾部を切り取ることと同じです。 研究チームは、電磁場の量子方程式を使用して、このせん断により、無限の数の光子の混合または重ね合わせである光の量子状態が生成されることを明らかにしました。これは、量子レベルでは、空の空間は空ではなく、電磁場のような量子場で満たされているために起こります。そのすべてが小さな振動を持ち、励起されて粒子を生成する可能性があります。光子をカットする鏡はそのようなプロセスを活性化します。 「鏡やシャッターを素早く交換するたびに、真空が励起され、何もない空間から光子が呼び出されます」と英国ヨーク大学のサミュエル・ブラウンスタイン氏は言う。しかし、局所的な測定、つまり近接観察では、重ね合わせ状態は鏡の一方の側の単一光子ともう一方の空の真空と区別できないことがわかり、量子の領域における観察の考え方が私たちの日常の経験と比べていかに異なって機能するかを浮き彫りにします。これは、量子論において「信じられないほど複雑な物体が、完全に単純なものに見せかけることができる」ということを示している、と彼は言う。 イスラエルのワイツマン科学研究所のウルフ・レオンハルト氏は、実験の結果、真空中で十分に高速なシャッターを動作させると実際に光子が生成されることが判明したが、新しいアイデアを実験的にテストするのは技術的により困難になる可能性があると述べている。非常に速いタイムスケールで光を操作することは実験的に現実になりつつあるが、新しい研究によるシャッターはまだ研究室で利用できるものより速い、と彼は言う。新しい研究はまた、量子真空から生じる現象については更なる研究が必要であると指摘しており、電磁気学の場の量子理論の改良や修正につながる可能性があるとレオンハルト氏は言う。 スカー氏らは、量子粒子を用いた実験で因果関係がどのように機能するかなど、さらに大きなアイデアに関連する量子理論の局所性の問題に興味を持っていることに加えて、現在、分析を一度に複数の光子や電子などの他の粒子に拡張したいと考えている。 主題:

振り子時計はそれまでのものよりもはるかに正確でした パノマス ニフムカイ / エラミ 量子グランドクロックの最初の完全な設計では、単一の原子、小さなミラー、光が使用されます。これを構築することは、量子の領域で時計が正確である理由を理解し、物理学の最先端のアイデアを探求するのに役立ちます。 最も基本的なレベルでは、時間は砂時計から滴る砂のような単純なもので測定できます。しかし、17 世紀にグランド クロックや振り子などの機械式時計が発明されると、計時はさらに正確になりました。コレージュ・ド・フランスのマッテオ・ブルネッリと彼の同僚は、そのような時計には量子に相当する時計があることを示した。 「私たちは自問しました。『振り子時計は量子力学の法則に従って機能するでしょうか?』私たちには確信が持てませんでした」と彼は言う。 各振り子時計には、時計の振動の刻みを定義する振り子から始まる 3 つの基本要素があります。次に、時計内部の重りで、重力の下向きの引力を利用して振り子を動かします。最後に、振り子時計には「エスケープメント機構」が必要です。これは、振り子の振動を時計アームの動きに変換し、摩擦による減速を防ぐために振り子に小さなエネルギーを供給します。具体的には、振り子が毎回同じ量だけ左から右に振り続けるためには、脱進機が重りの上下の動きを制御する必要があります。 研究者らは、これらすべての特性を量子物体で再現する数学モデルを開発しました。彼らのデザインでは、時計は向かい合う 2 つの鏡を含む空間であり、1 つは固定され、もう 1 つは前後に移動できます。鏡の間には 3…

金は他の金属のように変色しません モーリシャス画像 GmbH/Alamy 銀はくすんで、銅は緑色に変わり、鉄は錆びますが、金は常に光沢を保ちます。なぜそうなるのかは依然として謎のままだが、研究者らはついに貴金属がなぜ変化しにくいのか、そしてどのように変色するのかを解明したかもしれない。 金は化学的に不活性です。つまり、空気中の酸素など、周囲の分子と反応しません。これは宝飾品にとっては朗報だが、化学における金の有用性は制限されることになる。研究者らは、不活性状態から救い出すことができれば、金は有用な触媒になる可能性があると考えている。 ルイジアナ州チューレーン大学のマシュー・モンモアとサント・ビスバスは、金片が切断されて新しい表面が形成されるときに起こる修復と呼ばれる現象を研究しました。 「原子は表面に出ることを非常に嫌うので、完全に再配置してしまいます」とモンモア氏は言う。多くの場合、それらは六角形の繰り返しに似たパターンに再配置されますが、この配置ではエネルギーが低いため、それ以上混合しません。金属間では回復は一般的ではないため、研究者らはそれが金の慣性に寄与しているのではないかと考えた。 彼らはスーパーコンピューターを使用して、再構成中に発生する可能性のあるいくつかの異なる配置の原子の量子状態をシミュレートし、酸素との相互作用を分析しました。修復された金の表面がその光沢をいくらか失うには、まず酸素分子が衝突時に 2 つに分裂する必要があります。研究者らのシミュレーションでは、このような分裂には六角形のパターンの原子に多量のエネルギーが必要であり、染色の可能性は非常に低いが、原子の配置が長方形の場合にははるかに少ないエネルギーが必要であることが判明した。 六角形のパターンがより一般的であるため、ゴールドは輝きを保つ傾向があります。ビスワス氏は、原子の形状、再構成、酸化の間のこのような関係は、これまで考慮されたことがなかったと述べています。 バージニア工科大学のホンリャン・シン氏は、今それを理解することで、研究者が金を触媒としてより有用なものにするのに役立つ可能性があると語る。 「興味深いのは、表面の再構築を制御することで金の触媒作用を調整できる可能性があることです」と彼は言う。モンモア氏は、原子を酸素に対して不活性度の低い長方形のパターンに押し込むなどの再配置を制御する方法の 1 つは、電気回路に金片を置き、電圧を印加することによって可能であると述べています。 」[This work] 彼は、これまで考えられなかったようなことを私たちに教えてくれます。ロンドン大学ユニバーシティ・カレッジのアンドリュー・ビール氏は、金を触媒として使用するというアイデアは、貴金属のナノサイズの粒子を使用することで、すでに実証されていると述べた。この新しい方法で金を有用にするプロジェクトは非常に現実的だが、チームの分析を丸い物体と湾曲した物体のどの表面にどのように結び付けるかについては疑問が残っているとビール氏は言う。 次に研究者らは、純金に加えて金合金だけでなく、酸素以外の分子との反応にも分析を拡大したいと考えている。 主題: