Curious Kidsは、幅広い年齢層のお子さまに向けた連載です。 専門家に答えてほしい質問がある場合は、[email protected]。
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。