地球で一番遅いものは何でしょう？

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地球上で一番遅いものは何ですか？ – Jiwon, Brookline, Massachusetts

悪名高い悪役、ドクターイーブルの言葉を借りれば、”レーザー “です。

レーザーは狭い指向性のある光線を特定の場所に集中させるので、切断、燃焼、溶接、あるいはドクターイーブルの場合はサメの上から敵を撃つのに最適なツールです。 しかし、これらの作業には熱が必要である。

では、レーザーはどのようにして地球上で最も遅いものを作り出すのでしょうか？

まず、物体の温度と速度の関係を理解することが重要です。 高温のものほどエネルギーが多く、速く動きます。 例えば、ペンやノートなど、完全に静止しているように見えるものでも、そうではありません。 ミクロの世界では、その物体が構成する粒子が高速で動いているのです。 生物でさえもそうなのです。

ナマケモノを例にとってみましょう。 遅いことで有名なこの動物の体を構成する分子を拡大してみると、まるでバウンドハウスの中で飛び跳ねる子供のような動きをしているのがわかる。 なぜだろう？

レーザーによる冷却

ですから、私が実験室で物を冷やすために明るく強いレーザーを使っていることは、意外に思われるかもしれませんね。 私は物理学者であり、原子や分子が極低温でどのように振る舞うかに興味を持っています。 そこは、量子力学が支配する不思議な世界です。 この領域では、粒子は時に海の波のように振る舞い、信じられないかもしれませんが、時には同時に2つの異なる場所にいることができるのです。

この驚くべき振る舞いを研究するために、私はレーザーを使って、地球上で最も冷たい原子の雲を作り出し、それをボーズ-アインシュタイン凝縮と呼んでいます。 原子の束を可能な限り低温の絶対零度まで冷やすと、原子は量子力学に従い始め、驚くべき振る舞いをするようになるのです。

超低温の原子雲を研究することは、超伝導体など他の奇妙な物質がどのように機能するかを知る手がかりになるかもしれません。

Creating the slowest thing on Earth

では、レーザーはいったいどのようにして原子の雲を冷やすのでしょうか。 研究室では、まずイッテルビウムという銀白色の金属の原子にレーザーを当てます。 この原子は非常に高温で、幅1フィート（約1.5メートル）の容器の中に入れておきます。 しかし、レーザー光線の下で数秒経つと、原子は冷え、速度が低下し、チャンバーの中心で一緒に捕捉されるようになるのです。

どうしてこのようなことが起こるのでしょうか？ レーザーを含むすべての光は光子でできています。

この小さな衝突によって、原子の雲の温度は、絶対零度より数百万分の1度高いところまで下がります。 これは華氏0度より459度低い温度です。

しかし、この雲が地球上で最も遅いという賞を受賞するにはまだ十分ではありません。 物理学者が「蒸発冷却」と呼ぶ手法で、ほんの少し冷たくするための最後のステップが必要なのです。

まず、すべての原子を捕獲します。時には、巻いた針金に電気を流して作った磁場を使うこともあります。 そうすると、目に見えない井戸のようなものができて、そこに原子が収まります。 お椀の底にあるビー玉を想像してください。 次に、電線に流す電流を小さくして、このお椀型の力場の側面を下げます。 そうすると、より速く、より温かい原子が「ボウル」から飛び出して、罠から逃れることができるのです。

そして、絶対零度から100万分の1度という、まさに氷点下の状態にある、より遅い原子だけが取り残されるのです。 この雲の中の原子はスローモーションで動いています。 この雲の中の原子はスローモーションで動いている。もし、原子が跳ね回ることなく一直線に移動したら、部屋を横切るのに1時間かかるだろう。

この極寒の原子雲に含まれる原子は、文字通りカタツムリの速度以下で動いており、この雲は地球上で最も遅いものなのです。 専門家に答えてもらいたい質問がありますか？ 大人の方にお願いして、あなたの質問を [email protected] に送ってもらいましょう。 お名前、年齢、お住まいの都市名をお知らせください。

そして、好奇心に年齢制限はありませんので、大人の方も、疑問に思っていることを教えてください。 すべての質問に答えられるわけではありませんが、ベストを尽くします

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