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量子物理学の発見 その4 小さいものには巨大装置

ID:w366n2
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貼っておきましたので、気に入っていただけたら是非押していただけると幸いです。


さて、本題です。
今回は「量子物理学の発見 ヒッグス粒子の先までの物語 (レオン・レーダーマン、クリストファー・ヒル 著、 青木薫 訳)」の「第2章 そのとき、ニュートン力学は崩れた」より。とてつもなく小さい素粒子を調べるのに、なぜLHCのような一周約27 kmもの巨大な装置が必要なのかについてです。

可能な限り高いエネルギーで陽子どうしを衝突させないとバラバラになってくれない(素粒子に分かれてくれない)からと、漠然と思っていましたが、そういう説明じゃないです。答えは「粒子に大量のエネルギーをつぎ込めばつぎ込むほど、その粒子は小さくなる」から、とのことです。なにせ、原子の中の原子核の中の陽子の中にある素粒子を調べようとしているのだから、とにかく小さいものを作り出さないと調べられない。そのためには、ひたすら大量のエネルギーをつぎ込む必要があるということのようです。

例えば、光はレンズで集光できますが、完全に一点に絞れるわけではなく、光の波長くらいのサイズ(1ミクロンくらい)までしか集められません。回折限界なんて呼ばれています。もっと波長の小さい波なら、より小さい領域に集めることができます。

量子力学によれば、粒子には波としての性質もあって、エネルギーが大きいほどその波長は小さくなります。だから、粒子にエネルギーをガンガンつぎ込めば、波として見たときの波長がどんどん小さくなリます。そうすると、レンズのようなものを使えば、すごく小さい領域に集められるということになります。

当たり前のように書いてありますけど、普通細かいことをやろうとすると用具がどんどん小さくなりますからね。小さい領域に集めようとしてどんどん装置が大きくなるというのは、なんとなく直感的には合わないですよね。でも、確かにちょっと小さいものを見ようとしたら虫めがね、もっと小さいものは光学顕微鏡、さらに小さいものは電子顕微鏡。確かにどんどん装置が大きくなっていきますね。それが究極まで行ってLHCですか。そう言われると妙に納得してしまいます。

その一方で、先ほど光はどれだけ絞っても1ミクロンくらいの大きさにしかならないと書きましたが、実は、より小さく尖らせた針先に、1ミクロンよりずっと小さいサイズの光を生み出せるんです。近接場光と呼ばれています。かたや大型化してエネルギーを増やしてより小さく絞り込もうとする人もいれば、かたや針先を鋭く尖らせて光のサイズを小さくしようとする人がいたり、わけ分かりませんな。


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テーマ : 自然科学
ジャンル : 学問・文化・芸術

プロフィール

バラッくま

Author:バラッくま
色々あったのち東京深川在住の科学技術系の研究者。
クマに似ている。最近はカピバラにも似ている。
専門: 量子エレクトロニクスなど。
休みのときは、(有休を取ってまでして)落語、スキューバダイビング、スポーツ観戦(相撲など。両国が近いのでうれしい。)、音楽鑑賞などを少しずつ。

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