研究チームは、30.2kmの光ファイバーを使用し、通常のインターネット通信を妨げることなく量子テレポーテーション（量子通信の一種で量子もつれを使用した通信技術）を成功させた。 実験では、1本の光ファイバーケーブルを通じて、毎秒400Gbitという大容量の古典的なデータ通信を行いながら、同時に量子状態の転送を行う。 従来の実験では、光子の量子状態が非常に壊れやすいという性質から、他の通信信号が一切存在しない専用の光ファイバーを使用する必要があった。しかし研究チームは、他の通信信号からの干渉を最小限に抑えられる特定の波長を発見することで、この制限を克服した。 具体的には、光通信と量子テレポーテーションで使う波長帯を十分に離し（CバンドとOバンド）、さらに高性能なフィルタリング技術を組み合わせることで、両者の干渉を防いで同時伝送を可能にした。 量子テレポーテーションは、アリス、ボブ、チャーリーと
X（旧Twitter）で、物理に真剣に向き合おうとする学生からの興味深い質問を見つけました。それは「速度には光速という限界があるけれど、加速度には限界がないのか？」というものです。 相対性理論によれば、物体の速度は光速度ｃを超えることができないことがよく知られています。この制限は、速度のｘ成分、ｙ成分、ｚ成分のいずれにも適用され、そして速度の大きさ自体もｃを超えることはありません。 では、速度ではなく「加速度」についてはどうでしょうか？加速度にも上限が存在するのかという問いは、物理学の最先端の観点から見ても非常に意義のある問題です。 この加速度の問題を考える上で、便利な「次元」という概念をまず説明します。物理学では、さまざまな物理量が「次元」という特性を持っています。この次元は、空間の自由度を表す幾何学的な次元とは異なり、物理量の性質を示すものです。たとえば、ある物体の「長さ」という量は、
推薦の声、続々！ ノーベル物理学賞受賞・小林誠 氏 「物理学者の飽くなき探究が解き明かす宇宙のなりたち」 東京大学Kavli IPMU初代機構長・村山斉氏 「鏡にうつらないドラキュラ、爪先で立つバレリーナ、足りない金（きん）と不安定な宇宙。私たちの起源を探る旅のスリリングな解説！」 138億年前、点にも満たない極小のエネルギーの塊からこの宇宙は誕生した。 そこから物質、地球、生命が生まれ、私たちが今ここに存在するまでには、数々の偶然が重なった。 誰も見たことがない「この世界の起源」を、人類はどのように解明してきたのか？ そして、反物質、ダークマター、マルチバース……残された謎は、どこまで明らかになったのか？ 宇宙の謎に挑む研究者たちが総力を挙げて、基礎から最先端までを丁寧に解説する。 基礎から最先端の宇宙論まで、これ一冊でよくわかる！ ・世界はたった３種類の粒でできている ・何もない真空で
記事：筑摩書房 近代的自然観はいかに生まれたか。物理学／物理学史をめぐる論考を著者みずからが精選（全2巻） 書籍情報はこちら オーストリアはグラーツの数学教師、25歳のヨハネス・ケプラーが『宇宙の神秘』を上梓したのは、1596年のことであった。同書は、地球も含めて惑星が六つしかない理由を、五個しかない正多面体に内外接する六個の球に惑星軌道を割り当てることで説明したもので、ケプラーの特異な発想を示しているものとして知られている。ケプラー自身は、その正多面体理論こそおのれの最大の発見と自認していた。 しかし重要なことは、ケプラーが当然のように地球を惑星のひとつと見なしていること、つまりコペルニクス地動説を公然と認めていることにある。コペルニクスの書が出てから53年、コペルニクス擁護がまだほとんど見られない時点であった。 若きケプラーは有名な天体観測者ティコ・ブラーエや、パドヴァ大学数学教授ガリ
量子は「粒子」と「波」の性質をあわせ持った、微少な物質やエネルギーの単位のこと。物質を形成する原子や、原子を作る電子・中性子・陽子、光の粒である光子や、ニュートリノなどに代表される素粒子が、量子に含まれる。私たち人間が、普段目にして直感的に理解している現象は「古典物理」によって説明される。ところが目に見えないミクロの世界は、古典物理とは異なる原理によって支配されている。
このコーナーでは、2014年から先端テクノロジーの研究を論文単位で記事にしているWebメディア「Seamless」（シームレス）を主宰する山下裕毅氏が執筆。新規性の高い科学論文を山下氏がピックアップし、解説する。 X： ＠shiropen2 米カリフォルニア大学サンディエゴ校に所属する研究者らが発表した論文「Second law of thermodynamics: Spontaneous cold-to-hot heat transfer in a nonchaotic medium」は、「熱は高温から低温へ流れる」という物理学の基本原理が、特殊な条件下では異なる振る舞いを示すことを明らかにした研究報告である。 熱力学第二法則によれば、熱は常に高温の場所から低温の場所へと自然に流れる。長年にわたって物理学の基本法則として確立されてきた熱力学第二法則について、特殊条件下での新たな現象が見つ
『寺田寅彦『物理学序説』を読む』 細谷暁夫 著 2020年12月31日発行 四六判上製／口絵あり／312頁 本体3,200円（定価3,520円） ISBN 978-4-908941-24-5／C3042 （内容紹介） 夏目漱石の高弟として多くの名随筆を残した寺田寅彦は、物理学者としてもスケールの大きい体系だった思想をもっていました。そのエッセンスをまとめたものが『物理学序説』という未完の集大成です。本書は、“物理学者 寺田寅彦”の方法序説ともいえる『物理学序説』を、現代物理学の視点から新たに読み解いていきます。また対談では、寅彦の物理学への思想の背景にあった漱石との関係などを、文学や歴史の観点から探っていきます。『物理学序説』原文および注釈に加え、門下の中谷宇吉郎による後書などの附録も充実させて収載。物理学を学ぶ人、研究する人、それぞれが自身の物理観を育て、反省する上での格好のビタミン剤と
寺田寅彦『物理学序説』を読む ［著］細谷暁夫 寺田寅彦は独創性にあふれる稀有（けう）な物理学者にとどまらず、並外れた文学的才能を併せ持っていた。その達意の随筆を知らない日本人はいないであろう。 彼が１９２０年から２５年ごろに書いたとされるのが未完の『物理学序説』。その内容は題名から連想されるものとは違い、寅彦ならではの哲学的科学論である。 本書は、物理学者である細谷氏による現代的視点からの解説、文学者の千葉俊二氏と細谷氏のメール対談、寅彦の『物理学序説』草稿、高弟の中谷宇吉郎による後書（あとがき）から成る。この重層構造が提供する相補的視点を通じて、寅彦独自の科学論の醍醐（だいご）味が満喫できる。 哲学と科学、自己と自己以外、数学との関係、実在、感覚、因果律、偶然などの章題を眺めるだけで、狭い意味での物理学的知識ではなく、その背後の世界観そのものを伝えようとした寅彦の意図が感じられる。 「科
静岡大学は10月11日、粒子、弦、膜などのさまざまな物体の間に働く重力の性質を多様な空間次元で比較したところ、「十次元空間における膜」だけが「スケール不変性」と「非自己双対型電磁双対性」と呼ばれる2つの性質を同時に満たせることを解明し、十次元空間における膜は「量子重力理論」において特別な存在であることがわかったと発表した。 同成果は、静岡大 理学部の森田健准教授によるもの。詳細は、日本物理学会が刊行する理論物理と実験物理を扱う欧文学術誌「Progress of Theoretical and Experimental Physics」に掲載された。 我々の宇宙は、重力(マクロの世界)を扱う「一般相対性理論」と素粒子(ミクロの世界)を扱う「量子力学」を統合した量子重力理論によって記述できると予想されているが、両理論は折り合いが悪いため、現状では量子重力理論の完成には至っていない。 これまでの
2024年のノーベル物理学賞は，「人工ニューラルネットワークによる機械学習を可能にする基礎的発見と発明」の功績で，米プリンストン大学のホップフィールド（John Hopfield）名誉教授とカナダのトロント大学のヒントン（Geoffrey Hinton）名誉教授に授与される。 ある技術が社会で広く使われ生活や産業を大きく変えたとき，その原点に立ち戻り，最初の一歩となった成果にノーベル賞が授与されることはしばしばある。今回の授賞がまさにその例だ。物理学賞を受賞した2人は1980年代に，今，最も注目が集まっている人工知能（AI）の根幹である人工ニューラルネットワークの基礎を築いた。 ヒントになったのは，磁性の振る舞いを語るのに使われている物理学のモデルだ。磁性体はしばしば，互いに影響を及ぼし合う電子のスピン（自転の向きに相当する）が縦横に並んだモデルで記述される。各スピンはお互いの距離と相互作
この研究成果は、2024年9月4日にアメリカ国立電波天文台（NRAO）からプレスリリースされたものです。詳しくは、アメリカ国立電波天文台のプレスリリース（英語）（https://public.nrao.edu/news/alma-detects-wiggle/）をご覧ください。 アルマの干渉計技術による詳細な観測で、若い星周辺に形成される息を飲むような美しい渦巻き状の腕構造が重力の影響で生じていることが明らかになり、惑星誕生の過程を理解する手がかりが得られたことになります。 アルマ望遠鏡が明らかにした、ぎょしゃ座AB星の原始惑星系円盤に見られる大きな渦巻き構造（右側の3つの画像）。同じ天体を VLT/SPHEREで観測したもの（左端の画像）。天文学者達はアルマ望遠鏡で得られた画像を処理することで、円盤のガスに関して明るさ、温度、速度のクリアな情報を得ることができました。クレジット:ALMA
量子力学では,時間発展の途中で物理量を問うことが困難である.ハーディー(L.Hardy)のパラドックスはこれを顕著に示した例だが,パラドックスに陥るのは,実際に測定できないものを議論しているからだと考えられてきた.測定自身によって時間発展が乱される為,そもそも検証ができないのだ.ところが,近年アハラノフたちによって弱い量子測定が提唱されて以来,時間発展を乱さずに測定はできないという反論が必ずしも正しくはなくなった.我々は弱い量子測定を用いて実際にハーディーのパラドックスを観測した結果,測定器がパラドックスを反映した値を示すのを確認した.この解説では,弱い量子測定と我々の実験結果について説明する.
【▲ 図1: “マクスウェルの悪魔二重冷却トラップ”の全体像。1セントユーロ硬貨（直径約1.6cm）と比較するとそのコンパクトさが分かります。（Credit: BASE Collaboration）】 私たちの宇宙には「反物質」はほとんどありませんが、その理由はよく分かっていません。この謎を解決するために、反物質の性質を測定し、物質と比較する実験が行われていますが、精密な測定をするには課題がいくつもあります。 欧州原子核研究機構（CERN）の国際研究チーム「BASEコラボレーション」は、これまでで最も効率的な反陽子冷却装置“マクスウェルの悪魔二重冷却トラップ（Maxwell’s daemon cooling double trap）”を開発しました（※1）。この装置は、従来の100分の1以下の時間で反陽子を冷却することができるため、反陽子の性質の測定回数を増やすことができます。これにより、
DATE2024.06.27 #Press Releases 水を極限までおしてみた 超高圧中性子回折実験で 水素結合の対称化の観察に成功！ 発表のポイント 世界で初めて100 GPaを超える圧力までの中性子粉末構造解析を実施し、氷中の水素原子の分布を詳しく解析することに成功した。 氷中の水素結合は80 GPaより高い圧力では対称化することが明らかになった。この現象は、半世紀以上前に予想され、これまでも数多くの報告があるが、水素原子の分布を直接的に観察できたのは今回が初めてである。 本研究の成果は、氷の物理化学研究において大きな意味を持つだけでなく、今後、地球や氷惑星内部における水や氷の状態の推定にも役立つと考えられる。 氷中の水素結合の対称化を示した模式図（黒丸が酸素原子、白丸が水素原子を示す）。 発表概要 東京大学大学院理学系研究科の小松一生准教授、山下恵史朗大学院生（研究当時）、伊藤
圧力や摩擦で氷が解けていたわけではない冬場に氷の上で滑って転んでしまった経験を持つ人は多いでしょう。 氷は知られている物質のなかでも、特に滑りやすい特性を持っていることが知られています。 この氷が持つ滑りやすい性質は、表面に出現する液体の水の層が潤滑剤として作用するためであることが知られています。 しかし実際には、マイナス30℃やマイナス40℃など、水が液体として存在できない環境でも、氷は滑りやすいままです。 そのため一般には「圧力が氷を溶かして水の層を作る」とする圧力説が信じられていました。 たとえば氷点下の環境でスケートができるのも、スケートの刃が氷に対して圧力をかけたり摩擦熱を生じさせ、部分的に滑りやすい水を生成しているとする考えです。 下の図は氷・水・水蒸気の関係を示したものです。ちょっと分かりづらい図ですが、273.15Kが0℃で、1気圧は約10万（10⁵乗）Paです。 そのため
紹介 謎の「ナノヘルツ重力波」は、宇宙誕生の痕跡なのか!? 2023年、世界に衝撃を与えた国際研究チーム「ナノグラブ」の報告。 それはある重力波の存在を捉えたというものでした。 発見された重力波は、ナノヘルツ（ナノ＝10のマイナス9乗）、つまり数年もの非常に長い周期の超長波長の重力波でした。 この観測プロジェクトで使われた手法は「パルサー・タイミング法」というものです。 電波星ともいわれる「パルサー」から送られてくる電波を観測することで、宇宙の空間の歪みを検出するという手法が、この「パルサー・タイミング法」です。 では、このナノヘルツ（超長波長の）重力波はどこで生まれたのか？ ・宇宙のはじまり、ビッグバンより前に起きたとされる「インフレーション」によって空間が引き延ばされたさいの痕跡「原始背景重力波」。 ・銀河の中心「活動銀河核」に存在する太陽質量の数万倍といわれる「超巨大なブラックホール
東京大学 日本原子力研究開発機構 発表のポイント 6次元結晶の3次元空間の断面とみなせる「準結晶」の比熱が異常に大きくなる現象を、実験と機械学習シミュレーションで追求し、高次元での原子のゆらぎが原因であると突き止めた。 準結晶のシミュレーションには膨大な計算が必要で、これまでは簡単なモデルでしか行われてこなかったが、今回、高精度かつ長時間の機械学習シミュレーションを行い、実験と比較することが可能になった。 この結果は、複雑な物質において実験と比較可能な機械学習シミュレーション手法を確立できた事を意味しており、準結晶を用いた新たな熱電材料など様々な材料にこの手法を適用することで、材料開発が加速すると期待される。 高次元の揺らぎが3次元空間に影響を与える様子の概念図 Credit: UTokyo ITC/Shinichiro Kinoshita 概要 東京大学情報基盤センターの永井佑紀准教授、
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