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光と電子の逆時空間での接触・反発の観測に成功大阪大学,科学技術振興機構,米国 ライス大学 研究グループ

 大阪大学,科学技術振興機構,米国 ライス大学の研究グループは,私たちが普段目にするのとは逆の時間と空間(逆時空間)における光と電子の接触と反発を観測することに成功したと発表した。
 私たちが普段目にするのとは逆の時空間で物理現象を考え,観測することは,物理学の研究でよく行われる。
太陽の光は,赤色や青色など,さまざまな色の光を含んでいる。光という波の時間的な振動の周期が,光の色に対応する。ただし,太陽をそのまま見ても,何色(どの 周期)の光を含んでいるのか分からない。プリズムなどで色分けすることで,何色(どの周期)の光が多く含まれているのかが分かる。このように,振動する光を時間 の代わりに周期(色)で特徴付けることが,逆時間で光を考えることに対応し,周期(色)ごとに光を分けて強さを測定することが,逆時間で光を観測することに対応する。
逆時間軸の下側が赤色に,上側が青色に対応する。
 光と電子(もしくは光同士)の逆時間上での接触と反発が,ここ数年注目を集めている。逆時間で接触することは,光と電子が独立に(ばらばらに)振動することに 対応する。逆時間で反発することは,それらが一体となって振動することに対応する(なおかつ本来の光と電子の周期とは異なる周期で振動する)。ただし,光や電子は 非常に早く振動するため,それらの一体化を実際に目にするのは難しく,物理学の研究では,代わりに,プリズムなどで色分けして逆時間上での接触と反発を観測する。特に接触と反発が切り替わる特異点と呼ばれる状況で見られるユニークな光の挙動に興味が持たれているが,接触と反発の切り替わりを観測するためには,これまでは別の光を照射するなど工夫が必要だった。
 今回,同グループは,カーボンナノチューブと呼ばれる微小な炭素の筒の方向を揃えて綺麗に敷き詰めた1枚の膜を作製し,その両面に光を反射させる鏡を取り付け た。試料を回転させ,プリズムのようなもので光を色分けしながら,光がどれだけこの試料を透過するのか測定した結果,逆時間と2次元の逆空間で光とカーボンナノ チューブ中の電子が接触し反発する様子を,平易な実験装置で観測することに成功した。ただし,光が実際には鏡の外に漏れ出るため,実験結果だけは本当に接触して いるのか不明瞭だった。同グループでは,光の漏れを考慮した上で理論解析することで,光と電子が確かに接触していることを確認した。その解析を基に,図の光と電 子の接触と反発の様子を導き出した。
 今回の試料と観測方法を発展させていくことで,ノイズの影響を受けない光の粒を制御する技術を開発でき,量子情報技術の実用化に向けて常に問題となるノイズ問 題に対して,新たな解消法を確立できると期待される。

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