宇宙＆物理2chまとめ

目で見えないものを観測しようとしてるの？
工学と関係ない俺にわかりやすく教えて
これだけ物理分野で面白そうだったから

あとこれを解明していくことによって何ができるかとかどのようなことがわかるかも教えて

電磁気だよなぁ？

物理学で素粒子は物質の最小単位とされてるらしいけど
例えばいくらでも倍率を大きくできる理想的な顕微鏡があったとして
素粒子をずーっとスームアップしたら何がみえるんだよ。何かがあるはずだろ。
まさか「これ以上はありません」って張り紙があるってのかよ。

ふとおもった
俺が思い付くのは大学教授ぐらいだけど他にそんな職業あるか？

掲載日：2015年3月11日
http://news.mynavi.jp/news/2015/03/11/131/

　極めて強力なレーザー光で、電子をまとわない「裸」イオン状態の鉄の原子核を作り出し、その原子核を光の1/5の速さに一気に加速することに、日本原子力研究開発機構量子ビーム応用研究センター(京都府木津川市)の西内満美子(にしうち まみこ)研究副主幹と榊泰直(さかき ひろなお)研究副主幹らが世界で初めて成功した。

　実験室内で生成できても短時間ですぐに壊れるため、取り出すことが難しい原子核の詳細な研究・分析に新しい道を開いた。既存の加速器技術と融合させて、物理学の新分野を開拓する画期的な成果といえる。神戸大学、九州大学、大阪大学、ロシア合同高温研究所との共同研究で、3月9日付の米物理学会誌Physics of Plasmasに発表した。

　強いレーザー光を物質に照射すると、物質中の原子は、瞬時にプラズマ化し、電子を全く持たない「裸」イオン状態か、「裸」イオンに近い状態になる。同時に、プラズマ中に生じる強い電場で、一気に加速されて物質から引き出されると考えられていた。しかし、実験例はなかった。今回、研究チームは、ポリイミド膜を用いた新型検出器と精密なX線分光を組み合わせて、電気の力で粒子を加速する大型の重元素加速器と同じように、光で「裸」の鉄原子核を加速して取り出すことができることを世界で初めて実証した。

　量子ビーム応用研究センターには、世界最高強度のレーザー光を瞬間的に発生できる装置がある。直径1ミクロン(1ミクロンは1000分の1ミリ)のごく狭い領域に、極めて短い時間、集中的にレーザー光を絞り込み、1兆キロワット近くのレーザーを出せるようになっている。研究グループはこのプラズマ光を薄膜に照射し、ほぼすべての電子がはぎ取られた鉄原子核の「裸」イオンがビームとなって飛び出してくるのを、5センチ離れた検出器で捉えた。この鉄原子核の速度は光速の1/5にまで達していたことも測定した。

　成功のポイントは、ここでしか出せない強力なレーザー光に加えて、薄膜標的(0.5%の鉄を含むアルミニウム薄膜)の設計、重いイオンの検出器導入、X線結晶分光器による鉄原子核の裸イオン状態の計測が有効だったという。重元素を加速するのには大型加速器が現在必要だが、このレーザー新技術は、非常に小さな領域からほぼ「裸」のイオンを高エネルギーに加速できるので、装置の小型化が実現する。さらに、超新星爆発などの天体現象で作り出されるような極めて短時間で壊れる重元素の研究にも使える可能性がある。

　これまで、レーザーを用いて原子核を加速する実験では、陽子を加速する実験が主に脚光を浴びてきた。陽子以外の原子核を「裸」イオンにして加速して取り出したという報告はあっても、比較的軽い炭素や酸素に関する報告だった。
レーザー光の強さが十分に強くなく、重い原子核の取り出しに最適化した標的の検討や検出器の性能も不十分だったからだ。研究グループは、工夫を重ねて、これらの課題を一挙に克服した。

　実験に成功した研究グループは「10年近く開発に苦労してようやく達成し、重イオンを加速できる小型装置の原理を実証した。重い短寿命の原子核を一瞬にして引き出せるので、加速器技術とレーザー技術を融合させることが可能だ。
さらに加速器技術を飛躍させることができるだろう」と意義を強調している。

掲載日：2015年3月3日
http://gigazine.net/news/20150303-light-particle-wave/

　光は「粒子」の性質と「波」の性質を併せ持っていますが、これまでは同時に観測できなかったこの両方の性質を、スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)の研究チームが世界で初めて電子顕微鏡で撮影することに成功しました。

そのすごい写真がコレ。

© 2015 EPFL


　といっても、何がどうすごいのかがとてもわかりづらいわけですが、なぜこれを撮影するのがそんなにすごいこと
なのか、どのようにして撮影したのかをEPFLがアニメーションムービーで解説していて、これを見れば事情がわりと
簡単に把握できます。

Two-in-one photography: Light as wave and particle! - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=mlaVHxUSiNk&hd=1



　アインシュタインといえば「特殊相対性理論」「一般相対性理論」などで知られる20世紀の物理学者です。19世紀末まで「光は波である」という考え方が主流でしたが、それでは「光電効果」などの説明がつかなかったところに、アインシュタインは「光をエネルギーの粒子(光量子)だと考えればいい」と、17世紀に唱えられていた粒子説を復活させました。


この「光量子仮説」による「光電効果の法則の発見等」でアインシュタインはノーベル物理学賞を受賞しました。


その後、時代が下って、光は「波」と……


「粒子」の、両方の性質を持ち合わせていると考えられるようになりました。


しかし、問題は光が波と粒子、両方の性質を現しているところを誰も観測したことがない、ということ。


そこでEPFLの研究者が考えた方法がコレです。まず直径0.00008mmという非常に細い金属製のナノワイヤーを用意し、
そこにレーザーを照射します。


ナノワイヤー中の光子はレーザーからエネルギーを与えられ振動し、ワイヤーを行ったり来たりします。
光子が正反対の方向に運動することで生まれた新たな波が、実験で用いられる光定在波となります。


普段、写真を撮影するときはカメラのセンサーが光を集めることで像を結んでいます。


では、光自体の撮影を行いたいというときはどうすればいいのか……？

掲載日：2015年3月4日
http://www.zaikei.co.jp/article/20150304/238722.html

　東京大学の石田忠協力研究員らによる研究グループは、大陸プレートと海洋プレートがこすれ合う様子を模擬実験できる装置を開発し、物と物が触れ合うところが融合し、水あめのように滑らかに変形することを発見した。

　摩擦は基本的かつ十分理解された物理現象であるものの、超高圧（1GPa以上）かつ超低速（0.1nm/s以下）の摩擦についてはよく分かっていない。この超高圧かつ超低速の摩擦は、地震を起こす大陸の状態と非常に似ており、この摩擦の研究が進むことで地震のメカニズムを解き明かす一助となると考えられている。

　今回の研究では、最新のマイクロマシンを透過型電子顕微鏡の中で動かす装置を開発し、摩擦が起きた際にぶつかったところが水あめのように変形する様子を動画で観察することに成功した。さらに、この装置を用いて2つのナノメートルサイズのシリコンの超高圧・超低速の摩擦の様子をナノスケールで観察したところ、ナノメートルサイズのシリコン同士を押し付けると、ぶつかったところが32GPaという超高圧となり、結晶構造が壊れアモルファス状態の直径5nm程度の接合ができること、そしてシリコンを秒速0.01ナノメートルという超低速でこするように動かすと、接合が水あめのように変形し、超塑性変形ののちに破断することが分かった。

　今後は、地震発生のメカニズム解明や、技術革新を起こすマイクロマシン・ナノテクノロジーの飛躍的な発展に大いに役立つと期待されている。

　なお、この内容は「Nano Letters」に掲載された。

<画像>
研究グループが開発した電子顕微鏡とマイクロマシンを組合せた実験装置。超高圧かつ超低速で変形する接触部を長時間にわたってナノメートルレベルで観察できる（写真：東京大学の発表資料より）


超高圧かつ超低速のシリコンの摩擦。接触部が水あめのように変形することを確認した。実験と計算によりその変形が、アモルファスと原子の流入によるものであることを突き止めた（東京大学の発表資料より）


<参照>
日経プレスリリース - 東大、超高圧かつ超低速で物体をこすると大きな塑性変形することを発見
http://release.nikkei.co.jp/detail.cfm?relID=381607&lindID=5

Time-Lapse Nanoscopy of Friction in the Non-Amontons and Non-Coulomb Regime - Nano Letters (ACS Publications)
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl5032502

カターニャ出身の天才物理学者エットレ・マヨラーナは、1938年3月に失踪し、
その後行方知れずになっていた。しかしローマの検察はいまになって、
消息を絶った20年後、彼がヴェネズエラのヴァレンシアにいたことを発見した。

卓越した学識をもつ理論物理学者にして、有能な計算者。そして、不可解で謎めいた天才。
1906年生まれのエットレ・マヨラーナは、しかし“発揮されることのない才能”だった。
科学界にとっては残念なことに、1938年3月、彼は、32歳で突然失踪したのだ
（訳註：この事件はさまざまな書籍で取り扱われていて、日本語でも『マヨラナ 消えた天才物理学者を追う』
〈ジョアオ・マゲイジョ=著、塩原通緒=訳、2013、NHK出版〉が出版されている）。

彼が最後に目撃されたのは、パレルモを発してナポリに向かう汽船の船上で、
それ以降、消息を絶ったとされていた。しかし半世紀以上が経ったいま、
マヨラーナは少なくともティレニア海に身投げしたわけではないということがわかっている。
55～59年の間、彼は「生きて」いて、ヴェネズエラ第三の都市、ヴァレンシアにいた。

最近になってこのことを発見したローマ検察庁は、彼の調査を行うべく、
関係書類をいったん非公開にしている。検察庁の科学捜査部門が行ったのは、
55年6月12日にヴェネズエラで撮影された写真の分析だ。
そこに写っているのは、両替屋の近くに住んでいたイタリア人移民、ビーニなる人物だった。

専門家たちは言う。「ビーニの顔とエットレ・マヨラーナの顔、そしてマヨラーナの父親が
息子と同じ歳のときの顔とを比較しました。その結果、額、鼻、頬骨やアゴ、耳のような
解剖学的細部において、ファビオとビーニ＝マヨラーナの画像は完全に重なったのです」。

>>2に続く

http://wired.jp/2015/02/22/ettore-majorana/

ダイヤモンドを用いた電子と光子の量子もつれ検出の概要。ダイヤモンドに内在する量子もつれ機構を利用し、電子と光子の量子もつれを検出。ほぼ完全な量子もつれ検出を実験で実証した


　横浜国立大学は2月4日、光子の発光と吸収だけで量子通信や量子計算に用いられる量子テレポーテーションを可能にする新原理を実証したと発表した。
　同成果は、同大大学院 工学研究院の小坂英男教授、新倉菜恵子研究員らによるもの。詳細は、米国物理学会誌「Physical Review Letters」のオンライン版に掲載される予定。

　今回、特殊な光源や検出器に頼ることなく、量子メモリ素子となるダイヤモンド中の単一欠陥の電子に内在する量子もつれを利用し、発光と吸収という自然現象だけで光子と電子の量子もつれを検出した。具体的には、量子もつれ生成は発光した光子と残った電子が自然にもつれるように、また、量子もつれ検出は光子と電子がもつれて吸収されるように工夫を行った。
このような自然現象の利用で、特別な量子操作の必要もなく量子テレポーテーションによる量子中継が行えることを実験によって明らかにしたという。

　なお、同方式では、光ファイバを伝わって量子ノードに到達した光子を無駄にすることなく中継に利用することができる。つまり、中継ごとの失敗確率を原理的にゼロに抑えることができる。その結果、光ファイバ中で光子がなくなるのを避けるために中継区間を可能な限り短くすることで、通信レートを最大限まで上げることが可能になる。仮に光子送信レートを毎秒1Gビットとすると、中継区間を50kmに抑えたとしても1000kmの量子通信路一回線で毎秒100Mビットの情報が送信できるとしている。

　今回の結果は、量子中継の基本原理である量子テレポーテーションを極めて単純な原理で実現し、電子の量子状態を光子が届かない遥か遠方に高速かつ確実に再生できることを示唆するもので、物理法則で安全性の保証された量子通信網の飛躍的長距離化・高速化に道を開くものと期待されるとコメントしている。マイナビニュース日野雄太　 [2015/02/06]
http://news.mynavi.jp/news/2015/02/06/295/

掲載日：2015年1月31日

　百三十八億年前に宇宙が誕生した直後の「重力波」の痕跡をとらえたとした米研究チームの
昨年三月の発表は誤りだったと、欧州宇宙機関（ＥＳＡ）などの国際研究チームが三十日発表した。

◆ノーベル賞級成果 お預け

　発表後にデータの解釈に疑問が示され、専門家らが検証していた。重力波は、物理学者アインシュタインが
存在を予言。宇宙が急激に膨張したとする「インフレーション理論」を裏付けるとして観測計画が進み、
確認されればノーベル賞級ともいわれるが、今回はお預けになった形だ。

　米チームは、南極にあるＢＩＣＥＰ２望遠鏡がとらえた「宇宙背景放射」と呼ばれる電波を分析、特徴的な
パターンを発見し、これが宇宙急膨張の際の重力波によって生じた名残だと昨年三月に発表した。

　だがこのパターンが銀河のちりの影響である可能性が浮上。ＢＩＣＥＰ２のデータに加え、ＥＳＡの宇宙望遠鏡が
観測したより広範囲のデータを、国際チームが分析し、ちりの影響に間違いないとの結論が出た。

　インフレーション理論は一九八〇年代初めに、佐藤勝彦自然科学研究機構長らが提唱した。

　＜重力波＞　地震のときに地盤のゆがみが地震波となって伝わるように、空間のゆがみが波となって伝わる現象。
宇宙が誕生した直後、インフレーションと呼ばれる急激な膨張が起き、そのときの空間のゆがみの痕跡が電波の渦に
なって今も宇宙全体に広がっていると考えられている。その痕跡をとらえれば本当にインフレーションが起きていた
証拠になる。宇宙誕生の謎を解く手がかりが得られるため、日米など各国が観測競争を繰り広げている。

◆衛星で精密観測も

　佐藤勝彦・自然科学研究機構長の話　（重力波の痕跡確認という）発表後、昨年中に別のデータをもとに否定的な
見方が出ており、今回の結論もだいたい予想通りだ。宇宙にはちりの少ない領域もあるようで、地上から観測する
チームは今後、そこを見るのではないか。進展に期待している。それで難しければ、専門の人工衛星による精密な
観測に頼ることになるだろう。各自がデータを明らかにして正しいと思うことを議論し、本当のことに近づいていく
という健全なやり方で研究は進んでいると思う。

<参照>
JPL | News | Gravitational Waves from Early Universe Remain Elusive
http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=4469

【宇宙】宇宙誕生時の重力波の痕跡を観測／「インフレーション理論」を裏付ける成果…カリフォルニア工科大など
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1395112822/

【天体物理学】重力波の痕跡は有意でない 宇宙背景放射の研究に疑義
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1401531359/

【宇宙物理】重力波観測、研究チーム「間違っていた可能性」
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1403332394/

<記事掲載元>
http://www.tokyo-np.co.jp/article/national/news/CK2015013102000259.html

ハイパーカミオカンデ計画　国際研究グループ結成
2015年02月03日08:46


写真：ハイパーカミオカンデ計画　国際研究グループ結成
ハイパーカミオカンデ実現へ向け国内外の研究者が集まったシンポジウム＝千葉県柏市、柏の葉カンファレンスセンター

◆１００万トン級水槽、ニュートリノ観測へ

　飛騨市神岡町で行われているスーパーカミオカンデ実験を飛躍的に発展させる「ハイパーカミオカンデ計画」の実現へ向けた国際共同研究グループが結成され、
千葉県柏市の柏の葉カンファレンスセンターで記念シンポジウムを開いて本格的に活動をスタートした。

　共同研究グループは、世界１３カ国の研究者と研究機関が結集して組織。
計画では、神岡町内の地下に新たに１００万トン級の巨大な水槽を建設。
直径４８メートル、長さ２５０メートルの円柱水槽２基で、内部には感度をこれまでの１．５倍に高めたセンサーを９万９千本取り付ける。
２０２５年の運用開始を目指し、宇宙を飛ぶ自然ニュートリノや、茨城県の大強度陽子加速器施設（Ｊ－ＰＡＲＣ）から発射するニュートリノビームを観測。
世界的な研究成果を出してきたこれまでをさらに大きく上回る精度で素粒子や陽子の研究を行い、素粒子物理学の新たな展開や宇宙の起源に迫る新発見を目指す。

　シンポジウムには約１１０人が参加。
計画の概要が紹介された後、世界各国の共同研究グループや国際協力について発表した。
また、計画の中心となる東京大宇宙線研究所と高エネルギー加速器研究機構が、具体化に向けた協定に調印。
梶田隆章研究所長は「ハイパーカミオカンデは、非常に重要なプロジェクトであり、これだけの規模で共同研究できることをうれしく思う。実現へ向け
どんどん計画を進めたい」と話した。

http://www.gifu-np.co.jp/news/kennai/20150203/201502030846_24238.shtml

ハイパーカミオカンデ
http://www.hyper-k.org/index.html
http://www.hyper-k.org/overview.html

人工知能を使い、試験で他人の答案をのぞき見するなどのカンニングを検出する技術を、京都大などのグループが開発した。
これまで教員の経験に頼っていた手法を取り込み、高い精度で自動的に見つけ出せるという。
　日本物理学会の月刊誌電子版で発表した。京都大の大関真之助教（システム構成論）らは、「機械学習」と呼ばれる人工知能の技術を使い、
試験を受ける人の過去の成績と、試験問題の難易度、クラスメートの回答の重なり具合などを計算するプログラムを作った。
カンニングの疑いが低い人を順番に除外して、疑わざるを得ない人を特定する。
　３０人のクラスで１割が互いに回答をのぞき見するという設定で計算したところ、カンニングした全てのペアを特定できたという。
大関さんは「従来の手法は『決めつけ』の恐れがあったが、この技術では回避できる」と話している。

http://www.asahi.com/sp/articles/ASH1H5FQMH1HPLBJ003.html?iref=sp_tec_science_list_n002

周りの環境ごとゆっくり加速していくとして

化学じゃないの