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科学・技術・理科総合∞

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量子力学:不確定性原理に欠陥 名古屋大教授ら実証

約80年前に提唱されたミクロな世界を説明する量子力学の基本法則「不確定性原理」に欠陥があることを、
小澤正直・名古屋大教授と長谷川祐司ウィーン工科大准教授のチームが世界で初めて実験で発見した。
高速の暗号通信技術への応用や教科書の書き換えを迫る成果といい、15日付の英科学誌ネイチャー・フィジックス(電子版)に発表した。

髪の毛の太さの10万分の1以下の原子の世界では、粒子が波としても振る舞うといった両面性があるなど、不思議な現象が起きる。こうした現象を説明するために提唱された基本法則が「位置と速度のように二つの物理量は、同時に精密測定できない」と定めた不確定性原理だ。

例えば、電子などの位置を測るには光を当てる必要があるが、エネルギーで速度(運動量)が変わる。
エネルギーを小さくすれば影響は小さくなるが、位置の精度は落ちる。逆に速度を知ろうとすると位置が変わってしまうため、ミクロの世界には測定限界があると考えられてきた。

しかし技術の進歩に伴い、1980年代ごろから、この理論ではすべて説明できないとの指摘が出始めた。

小澤教授は2003年、不確定性原理には理論的に欠陥がありうるとした「小澤の不等式」を発表した。
チームはそれを実証するため、原子を構成する中性子の「スピン(自転)」の向きに関連した二つの値を精密に測定。測定限界を超えた精度で二つの値を測ることに成功し、小澤の不等式が成り立つ一方で、不確定性原理とは矛盾のあることを確認した。

今回の発見を応用すれば、解読するとその情報が変化して分からなくなる「先端暗号技術」の通信速度向上などに役立つ可能性があり、小澤教授は「成果は、広範に応用できるのではないか」と話す。

【ことば】不確定性原理
ドイツの物理学者ハイゼンベルクが1927年に提唱した理論。電子など極微の世界では、位置と速度を同時に正確に測ることはできないことを示した。量子力学を否定したアインシュタインとの議論を経て考案したとされる。決められないことがあるとの考え方は、哲学など他分野にも大きな影響を与えた。
ハイゼンベルクは量子力学の発展への貢献で、1932年に31歳でノーベル賞を受賞した。

ソース
http://mainichi.jp/select/science/news/20120116k0000m040090000c.html

ドイツの天才物理学者ウェルナー・ハイゼンベルクが打ち立てた「不確定性原理」を、日本の研究者が約80年ぶりに破ることに成功

ドイツの天才物理学者ウェルナー・ハイゼンベルクが打ち立てた「不確定性原理」を、
日本の研究者が約80年ぶりに破ることに成功した。名古屋大学教授で数学者の小澤正直氏。
今回の成果は「全く新しいサイエンスの誕生をもたらすだろう」という。

小澤氏に研究の意義や波及効果を語ってもらった。

「ハイゼンベルクの不確定性原理はその定義自体があいまいで、科学理論としての要件を欠いていました。
http://www.nikkei.com/news/headline/article/g=96958A9C93819595E3EBE2E0918DE0E2E2E3E0E2E3E0E2E2E2E2E2E2

中身がわかりませんが、一大事ですねぇ。

シュレディンガーの猫びっくりですねw

このページにわかりやすく説明されてますね↓
□ 不確定性原理の修正?「小澤の不等式」と検証実験について


(この記事を書いた人のプロフィール → トップページ)

先日、量子力学の不確定性原理が「破れた」、「欠陥」があったなどとする
センセーショナルな報道がなされ、twitter のトレンドワードに上がってくるなど、
大変な話題となりました。

- ハイゼンベルクの不確定性原理を破った! 小澤の不等式を実験実証 (日経サイエンス)
- 物理の基本原則ほころび 「不確定性原理」修正か 名古屋大など新理論実証 (日本経済新聞社)
- 不確定性原理に欠陥…量子物理学の原理崩す成果 (YOMIURI ONLINE)
- 「不確定性原理」の例外を実証=量子物理学の根幹の一つ―名大など (asahi.com)
- 不確定性原理:量子力学の基本法則に欠陥 名古屋大教授ら実証 教科書の書き換え迫る (毎日jp)

これは量子力学における測定誤差に関する実験結果が Nature Physics 誌に
掲載された
のを受けたもので、非常に興味深い研究結果です。
しかし、もともと不確定性原理という言葉の使われ方があやふやだったこともあり、
量子力学の根本的欠陥が発見されたかのような誤解を生んでいるよう見受けられます。
最初に結論を書いておきますが、今回の結果は量子力学の欠陥を示すものではありません。
むしろ、誤解されがちだったあやふやな議論をはっきりさせ、
量子力学を整理したと言うべきでしょう。


この内容が、ちょうど私が最近出した魔法少女フェル美と量子犬フォト丸による量子力学解説マンガ
『マンガ 量子力学』(講談社ブルーバックス)に関係の深い内容だったので、
本の内容とからめて簡単に解説してみたいと思います。

以下の解説は、不確定性原理があまりわからない、
もしくは全く知らない人を対象にしています。
物理になじみのある方で、概要を手早く知りたい場合は、@torn_khi さん
一連のつぶやき(1234)がとてもよくまとまっていると思います。
(以下略)
シュレディンガーの猫はやっぱり半生半死の状態のようですww

時を止める「タイムホール」生成に成功

米国防高等研究計画局(DARPA)の支援を受けたコーネル大学の研究チームが、光を調節することで、40ピコ秒(1兆分の40秒)の間、時を止める=出来事を「消す」ことに成功した。

http://wired.jp/wp-content/uploads/2012/01/invisible.jpg

Image: Ubisoft

未来の兵士たちは、完全に秘密裏に任務を行えるようになるかもしれない。米国防高等研究計画局(DARPA)の支援を受けたコーネル大学の研究チームが、光を調節することで、40ピコ秒(1兆分の40秒)の間、時を止めることに成功したのだ。

研究論文は、1月5日付けの『Nature』に発表された。近年はさまざまな研究チームが、物体を「見えなくすること」に関して大きな進歩を成し遂げているが、「時を止める」ことに成功したのは今回が初めてだ。

2010年には、セントアンドルーズ大学の物理学のチームが、メタマテリアルを利用して人間の目をだまし、目の前にあるものを見えなくする研究を大きく前進させた(日本語版記事)。また2011年には、テキサス大学ダラス校の研究チームが、蜃気楼の効果を利用して物体を見えなくすることに成功した(日本語版記事)。

物体を見えなくするには、物の周辺の光を「曲げる」。光がその物に当たらなければ、人間の目には見えなくなる。一方、「時を止める」=その時にあった出来事を「消す」場合は、光のスピードを変えることが必要だ。作用が生じた際に発せられた光によって、われわれはその作用が生じたことを知る。通常、その光の流れは一定だ。コーネル大学の研究チームは、簡単に言うと、そうした光の流れをほんの一瞬だけ調整して、出来事が観察可能になることなく生じられるようにしたのだ。

実験は、すべて光ファイバーケーブルの中で行われた。光ケーブルに緑色の光のビームを通し、より速いものとより遅いものの2つの波長に分けるレンズを通過させた。その際に、ビームを通す形で赤色のレーザー光線を照射した。このレーザーの「照射」は、ごくわずかな「時間のギャップ」で起こったために、検出されなかった。

コーネル大学の研究チームによると、1秒間を隠すとすれば、全長約3万kmの装置が必要になるという。この技術が実用化されるにはかなりかかるだろうが、この研究が新しい可能性を開いたことは確実だ。例えば、(データの伝送時に起きるような)瞬間的な出来事を隠すことは、密かに行われるべきコンピューターの計算を隠すことに役立つかもしれない。

時間を止める実験 光を曲げて約40ピコ秒 (1兆分の40秒)の「時間の穴」を作りだすことに成功/コーネル大学

光をコントロールすれば時間は止まる?
Brian Handwerk for National Geographic News
January 5, 2012

アインシュタインは相対性理論で、強い重力場では時間の流れが遅くなると予言した。そして今回、
アメリカ、コーネル大学の研究チームは時間を完全に止める実験に成功したという。光を曲げて時間の
“穴”を作りだす手法で、少なくとも見かけ上は時間が止まるそうだ。

この実験は、可視光線を屈折させて物体を見えなくする“透明マント”の研究成果に基づいている。
光が物体に当たらず避けて通った場合、その光は散乱も反射もしないため物体は不可視となる。これが
透明マントの発想だ。

研究チームは、この概念を応用して時間の“穴”を作り出すことに成功した。ただし約40ピコ秒
(1兆分の40秒)と極めて短い。

「光の速度を上げ下げして時間的な歪みを生じさせれば、時間領域で光線にギャップが生まれる。その
瞬間に起きた事象は光を散乱させず見えないため、起こらなかったも同然になる」と、研究に参加した
コーネル大学の物理学者アレックス・ガエータ(Alex Gaeta)氏は解説する。

「例えば、貴重な展示物を守る博物館の防犯装置を考えてほしい。行き交うレーザー光線を犯人が
横切ると、検出器が反応して警報が鳴るシステムだ」。

「しかし、光線の一部で速度を上げ、別の部分で速度を落とせば、瞬間的に光線が途切れることになる。
このタイミングなら誰でも通り抜け可能だ。直後にすべての速度を正常に戻せば光線は元通り。検出器は“異常なし”と判断してしまう」。

◆時間を止める

時間停止実験では、プローブめがけてレーザー光線を照射。光線は「時間レンズ」という装置を通る
設定にした。

従来の光学レンズを通った光は空間的に屈折するが、時間レンズでは時間的分布が変化する。「光線の
時間的な特性をコントロールできる。時間領域で光を歪めて、実験のように時間の空白を生むことが
可能だ」とガエータ氏は語る。

研究に参加したコーネル大学応用工学物理学部(School of Applied and Engineering Physics)のモティ・
フリードマン氏は、特殊なガラス光ファイバーを用いた実験手法を考案。プローブめがけて照射した
レーザー光線と強力なパルスレーザー(細かく点滅するレーザー)を、その中で交差させた。

「光線の周波数と波長が変わり、スピードも変化した。これで時間のギャップが生まれた」と同氏は
説明する。時間の穴が生じた直後に第2のパルスレーザーで変化を解消すると、光線の特性は元に戻った。

この実験では、時間の穴で起こった事象はプローブで検出されなかった。

実験の詳細は、「Nature」誌の1月5日号に掲載されている。

◆時間版“透明マント”のこれから

研究はまだ初期段階だが、時間の操作手法が確立されれば各種応用が期待できる。

「応用するには、まず時間の穴を大幅に拡張しなければならない。あらゆる方向から当たる光で同様の結果を
得られるよう、3次元での実証も不可欠だ」とアメリカ、ロチェスター大学光学研究所のジーミン・シー
(Zhimin Shi)氏はコメントする。「しかし、コーネル大学チームの実験は、最初の一歩として非常に意義深い。
われわれの暮らす時空の解明がさらに進んだと言える」。

実験の詳細は、「Nature」誌の1月5日号に掲載されている。

▽記事引用元 ナショナルジオグラフィック ニュース
http://www.nationalgeographic.co.jp/news/news_article.php?file_id=20120105001&expand#title

▽画像 白色光をさまざまな色に分光するレンズと同じように、「時間レンズ」は時間の領域で光を
各種要素に分解する
http://www.nationalgeographic.co.jp/news/bigphotos/images/time-cloak-light-spectrum_46524_big.jpg

▽「Nature」掲載論文 "Optical physics: How to hide in time"(プレビューのみ)
http://www.nature.com/nature/journal/v481/n7379/full/481035a.html

時間を止めたっていうのでビックリしましたが、どうやら記事を読む限りではザ・ワールドでもなくタンマウォッチでもないようです。つまりアインシュタインの相対性理論とは関係無いようで。

光を速く動かして空白期間に事を済ませて、後は何事もなかったかのように光の速度を落として元通りということですか。

しかしいつも思うんですがDARPAってかなり実現に程遠い?ことに対して様々な分野で支援してますね〜。

スーパーケックビー

加速器性能を40倍に増強する「スーパーKEKB」 高エネ研、宇宙誕生の謎解き期待 2014年度内完成 15年稼動予定

加速器性能40倍に増強 高エネ研、宇宙誕生の謎解き期待

http://ibarakinews.jp/photo/13216230356438_1.jpg
地下約11メートルに設置されている加速器=つくば市大穂

高エネルギー加速器研究機構(つくば市)が加速器「KEKB」を改造し、性能を40倍に増強する「スーパーKEKB」プロジェクトに取り組んでいる。宇宙誕生に関係する謎解きを含め、未観測の物理現象や新法則の発見が期待されるプロジェクト。開始を記念する式典が18日、同市大穂の同施設内で開かれ、国内外の約270人の研究者が今後の研究へ決意を新たにした。

「KEKB」は、地下11メートルに掘られた一周約3キロのトンネルに二つの真空リングを併設。電子と陽電子をそれぞれ逆方向に超高速で周回・衝突させ、反応をデータ化する。最大の成果として、小林誠さんと益川敏英さんの「CP対称性の破れ」をめぐる小林・益川理論を検証。2008年、両氏のノーベル物理学賞受賞に結び付いた。

高性能化を狙う「スーパーKEKB」は、陽電子と電子の互いのビームを超伝導磁石を用いて小さく絞ることで衝突の頻度を増加させる。衝突点でのビームサイズは横幅110ミクロン、高さ1ミクロンで世界最小だという。ビーム電流も2倍にし、データ収集量を40倍に向上させる。

総事業費は315億円。19カ国の61大学・研究機関の研究者400人が参加する。2014年度内に完成。15年に稼動し、データ収集を開始する予定だ。

茨城新聞 2011年11月19日(土)
http://ibarakinews.jp/news/news.php?f_jun=13216230356438

加速器、性能40倍に改造=宇宙の謎に迫る−高エネ研「スーパーKEKB」
時事通信 2011/11/18-18:27
http://www.jiji.com/jc/c?g=soc_30&k=2011111800827

ナノビームで目指す世界の頂点 〜 スーパーBファクトリーへの挑戦 〜
大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 2010.3.4
http://legacy.kek.jp/newskek/2010/marapr/SuperKEKB.html
KEKBで「ケックビー」と読むそうです。
高エネルギー加速器究機構Bファクトリーの略かと思われます。

しかし、このては「スーパー」つけるの好きですねw
といって思いつくのはスーパーカミオカンデなんですが。

「スーパーケックビー」いい響きですwww

カナダ発の新HIVワクチン、臨床試験へ

エイズ感染を根絶することができるでしょうか?
カナダ・オンタリオ州のウェスタンオンタリオ大学の研究チームが米国の食品医薬品局(FDA)の承認を受けて、この1月から人間に対するHIVワクチンの臨床試験を開始します。HIVのワクチンは世界でいくつか開発中ですが、このワクチンの特徴は、死んだHIV-1ウィルスを使うということです。これはポリオや狂犬病、A型肝炎などのワクチンと同じ手法です。

このウィルスはまず、メリーランド州とコロラド州にある特殊な「バイオセーフティーレベル3」の研究室で作られます。次にそのウィルスは殺され、遺伝子組み換えによって無害にされて、ミツバチの毒液に含まれるたんぱく質を使って新型HIVワクチン「SAV001」へと培養されていきます。この手法でワクチンを作るのは4回目の試みですが、今回は230もの安全性テストをくぐり抜け、世界標準と考えられている食品医薬品局の承認を得ることができました。

で、これからどうなるんでしょう? 臨床試験は設備がすでに整っている米国で行われます。試験には三段階あり、第一段階はHIV陽性の患者40人を対象として6ヵ月間実施され、その結果は1年かけて評価されます。第二段階では免疫システムの反応を測定し、ハイリスク・カテゴリー(血友病患者、静脈注射薬使用者、性的労働者、複数のパートナーのいるゲイの男性)にいるHIV陰性の人600人が参加します。第三段階ではその対象を同様の人6000人に拡大し、ワクチンを受けた人と受けていない人を比較します。
第三段階まで終了しないと、このワクチンが100パーセント有効かどうかわかりません。そしてもし有効性が確認されれば、5年後には広く一般に接種可能になると見込まれています。ワクチンの注射は2回、1ヵ月の間を開けて行われることになりそうです。動物実験ではそれで体内に抗体ができているのが確認されています。
良い結果を期待したいですね。


[Montreal GazetteToronto Sun、Photo via Shutterstock]

HIVにもワクチンかぁ、克服できるものなのですね〜。人の免疫には驚かせられます。

近未来には、マクロファージやキラーT細胞もどき医療用ナノマシンによって免疫システムを補助できるようになって、未知なる病原体に対しても、医療用ナノマシンのアップデートで対処できるようになると思ってるんですがね〜。

攻殻機動隊の見過ぎですか、そうですか…。ww

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