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credit:Christian Sanner、Ye labs / JILA
 私たちの周りにある、あらゆる物質は「原子」でできている。原子は光の粒子(光子)が散乱することで見ることができる。

 ところが、原子を超冷却し、さらに超圧縮すると、光を反射しなくなるため透明になってしまう。

 この現象は、すでに30年前に予言されていたが、技術的に実現が難しく実際に確認されたことはなかった。

 だが、このほど米マサチューセッツ工科大学のグループが、ついにそれを実証することに成功し、『Science』(21年11月18日付)で報告されている。
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原子が透明になる現象とは

 光の粒子(光子)が原子の雲を通過するとき、光子はまるでビリヤードの球のように跳ね返って、散乱する。こうして光が放たれるので、原子の雲は目に見える。

 だが30年前、物理学者デビッド・プリチャードは次のように予測した。

 原子をもはや動けなくなるまで冷却し、ダメ押しとして動くスペースがない空間に押し込める。

 身動きを取れなくなった原子の雲は、進入してきた光子を跳ね返せなくなる。そうなれば、光が散乱されず、原子は見えなくる。透明になるはずだ、と。

 しかし、これを実際に行うのは技術的に難しく、これまで予言の正しさは未確認だった。
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photo by iStock

レーザーで超冷却・超圧縮

 今回についにその実証に成功したのは、ノーベル物理学賞受賞者でもあるウォルフガング・ケターレ教授が率いる、マサチューセッツ工科大学(MIT)の研究グループだ。

 同グループは、「リチウム原子」の特殊な同位体を、20マイクロケルビン(星間宇宙の10万分の1の温度)にまで冷却。さらにレーザーによって、1立方センチあたり原子4兆個の密度にまで超圧縮した。

 こうして身動きが取れなくなった原子に対し、熱したり、密度が崩れてしまわないよう別のレーザーを慎重に照射。

 このとき跳ね返ってくる光子をレンズとカメラで数えたところ、かつての予言の通り、原子が最大38%暗くなることが確認されたという。つまり散乱する光子が、38%少なくなったということだ。

 この実験では、20マイクロケルビンまで冷却されたが、もし絶対零度まで冷却すれば、原子の雲は完全に透明になってしまうと考えられるそうだ。
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原子を超冷却・超圧縮することで、光を散乱する能力が抑制されることを確認 / image credit:Christine Daniloff、MIT

物質宇宙を安定させるパウリの排他原理と関連性

 この現象は、「パウリの排他原理」や「パウリ・ブロッキング」と呼ばれる法則とも関係がある。

 原子を構成する粒子の1つである「電子」は、エネルギーの殻の中に配置されている。それはコンサート会場の座席のようなもので、別の列に移動するには、座席に空きがなければならない。

 逆に言えば、座席が埋まっていると、電子は移動できない。これが「パウリの排他原理」で、この世の物質が安定して存在するうえで不可欠な法則だ。
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の排他原理をコンサート会場の座席で例えた図 / Credit:MIT News,How ultracold, superdense atoms become invisible(2021)

 原子が飛んできた光子を跳ね返すには、移動してその衝撃を吸収するための空いた座席が必要になる。だが、超冷却・超圧縮で、座席を無理やり満席にしてしまえば、跳ね返せなくなる。

 今回の実験は、こうしたパウリの排他原理を観察するまったく新しい方法でもあるそうだ。

量子コンピューターへの応用

 こうした光子の散乱を抑える技術は、量子コンピューターのデータ保存技術としても応用できる。

 量子コンピューターの動作は、量子レベルで制御されている。そのような世界では、光の散乱すら情報が漏れ出る問題につながる恐れがある。

 光子の散乱を上手に抑えることで、こうした問題を改善できる可能性があるとのことだ。

References:How ultracold, superdense atoms become invisi | EurekAlert! / written by hiroching / edited by parumo
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コメント

1

1. 匿名処理班

  • 2021年11月27日 20:36
  • ID:GKdp9wQL0 #

極低温と超高圧で透明になるなんてすごい! 質量はあるわけだし、ダークマターの正体のひとつになるかも!?

2

2. 匿名処理班

  • 2021年11月27日 20:41
  • ID:Rn.pQxKn0 #

ウォルフガング教授名前かっけぇな

3

3. 匿名処理班

  • 2021年11月27日 21:01
  • ID:fbdM1ewI0 #

そう簡単に透明人間にはなれないという事か。

女湯と女子更衣室の夢が、また遠退いた……

4

4.

  • 2021年11月27日 21:28
  • ID:8qHUZFWI0 #
5

5. 匿名処理班

  • 2021年11月27日 22:01
  • ID:EArEL5h.0 #

クローキングデバイス出来るんか?

6

6. 匿名処理班

  • 2021年11月28日 00:14
  • ID:uKip20KH0 #

透明っていうか黒くなるんじゃないの?
光がすり抜けていくわけじゃないんだよね?

7

7. 匿名処理班

  • 2021年11月28日 01:39
  • ID:h..90O6s0 #

ブラックホールが見えない理由ってこれじゃないのかな?
超高圧も極限超えたら熱持つ事もなくなるかも

8

8.

  • 2021年11月28日 02:11
  • ID:F2bftjER0 #
9

9. 匿名処理班

  • 2021年11月28日 03:45
  • ID:.movl8wn0 #

ギュウギュウになるほど見えなくなるって日本の満員電車みたい

たぶんバブル時代くらいの昔からずっと問題になってるはずなのに見て見ぬふりをされてるのか現代までずっと放置され続けてるし

東京の一極集中とかも
座席がギュウギュウで人が移動できる"空き地"が物理的にも精神的にも足りなくなってるから外から入ってくる光に対して反応できる余裕を失っているのかな

10

10. 匿名処理班

  • 2021年11月28日 04:11
  • ID:JfQfwN8N0 #

>>6
光と相互作用できないから光はすり抜けるよ

11

11. 匿名処理班

  • 2021年11月28日 06:41
  • ID:9gqYzF830 #

原子が息子に見えたからたぶん疲れてるんだと思う

12

12. 匿名処理班

  • 2021年11月28日 08:12
  • ID:KFxNRzZU0 #

※3
コナンだと簡単に入れるぞ(たぶん)
また昔の少年誌に女子風呂の覗けるメガネ売ってたよな
でその後ソニーの規制前のスケスケ機能でおっちゃんが
こそって買うが実は規制機で涙目になる人続出
いつの時代も考えてることは同じであり30世紀にも
人類いたら同じこと考えてるだろうな

13

13. 匿名処理班

  • 2021年11月28日 08:26
  • ID:4dTy2hmw0 #

窓の外だ 撃てぃ! 光学迷彩・・

14

14. 匿名処理班

  • 2021年11月28日 10:17
  • ID:98jmA9EB0 #

20マイクロケルビンってちょっとしたことでも振動をエネルギーにしちゃうから
めっちゃシビアよ。

15

15. 匿名処理班

  • 2021年11月28日 10:26
  • ID:C9OzV1OZ0 #

※6
ブラックホール表面は光速でも脱出不可能なほど重力が強いが、少し離れると強力な重力のため光が曲げられてしまいブラックホール後方の景色がブラックホール周辺に浮かび上がることになる。(重力レンズ効果)

16

16. 匿名処理班

  • 2021年11月28日 12:15
  • ID:vVCQR72k0 #

すいません
透明化の前に
レーザーで冷却、圧縮の時点でよくわかりません
何でレーザーで冷却や圧縮出来るのか……

17

17. 匿名処理班

  • 2021年11月28日 13:21
  • ID:JfQfwN8N0 #

>>16
レーザー冷却

原子の温度っていうのは、原子がいろんな方向にバラバラに動いてるってことなのね、
右に動く原子もあれば、左に動く原子もある

これに右からレーザーを当てると、ドップラー効果で
右に動く原子にとっては周波数が高く、左に動く原子にとっては周波数が低く感じる

各原子は決まった周波数の光だけを吸収するから、
選択的に右に動く原子にだけ吸収される光をぶつけて動きを止めることが出来る

同じことを左からもやれば、左に動く原子も止められる
原子が止まる=温度が下がる

18

18. 匿名処理班

  • 2021年11月28日 15:07
  • ID:NUsk.TdN0 #

※6
反射をみているので私も黒くなったのかと思いました。
透過光を見てくれないとわかんないなーと。

あと中性子星を思い出しましたがあっちはもっと高密度で、温度高いですから、思いついたものとは違いました。

※17
レーザー冷却ってノーベル賞とったネタですが、何を読んでもちっとも理解できません。レーザー光を入射するってことはエネルギーを入れるのに、どうして冷えるのじゃと。中学生の理科レベル(くらいならたぶんわかると思うの)で理解できる解説はありませんでしょうか。

19

19. 匿名処理班

  • 2021年11月28日 19:29
  • ID:9M97OyCD0 #

※3、12

おまわりさん、コイツらです!

20

20. 匿名処理班

  • 2021年11月28日 23:30
  • ID:x1uK7Gbz0 #

※7
なるほど!

21

21. 匿名処理班

  • 2021年12月04日 03:24
  • ID:Ff7wduEI0 #

なるほどわからん

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