2年連続でノーベル賞物理学賞者を輩出した日本、これまでにも素粒子物理学や量子力学の分野で6人の受賞者がいる。これらは、一般人にはなじみのないミクロな世界の学問だが、最新の研究によると、近いうちに身近なものになる可能性があるという。
先月23日、「Nature」に掲載された研究論文によると、ミクロの世界で起きている量子の「重ね合わせ」という状態が、われわれが認識できるレベルの大きさでも起きることが判明したようだ。
【その他の画像と動画はコチラ→http://tocana.jp/2016/01/post_8476.html】
■量子の奇妙な性質「重ね合わせ」
量子の世界で起きる不思議な現象、「重ね合わせ」。これを説明するためにしばしば持ち出されるのが「シュレーディンガーの猫」という思考実験の話である。箱の中に50％の確率で毒ガスが出る装置とともに猫を入れた場合に、箱を開けるまでは猫の生死を確認することができないため、箱のなかで「生存」と「死亡」の状態が重なり合っている、と考えるものだ。量子は基本的に、この2つの状態、つまり重ね合わせという性質をもっている。
普通に考えれば理解ができないような不思議な量子の性質を、若干わかりやすく、かつ、ファンシーに教えてくれるシュレーディンガーの猫であるが、あくまでも思考実験であり、現実では重ね合わせの状態はありえない。猫は箱のなかで、生きているか死んでいるかのどちらかである。
しかし、今回の研究では、微細な量子の世界でしか起き得ないはずの重ね合わせの現象が、現実世界の大きさでも起きていたという驚くべき結果をもたらした。
■驚くべき実験結果
スタンフォード大学で行われた実験は、「ボース＝アインシュタイン凝縮（以下、ボース凝縮）」という特殊な状態にある物質を利用して行った。
ボース凝縮とは、原子を構成する「ボース粒子」と呼ばれる素粒子が、絶対零度（-273.15℃）近くまで冷却されると起きる現象で、たくさんの素粒子が、まるで一つの素粒子になったかのように振る舞うという。ただ、凝縮といっても、もともと希薄な素粒子が凝縮されたものであるため、「原子の雲」といったような状態である。
実験では、ボース凝縮状態となった、10,000個のルビジウムからなる直径数ミリの原子の雲を、9メートルの高さがある円柱状の実験装置内で放物線を描くように打ち上げた。そして、原子の雲が装置の底についたときに、その状態（波動関数）を詳しく調べてみると、ひとつの原子の雲が異なった高さから落ちたといえるデータが得られた。
これは、打ち上げられた原子の雲は数秒間重ね合わせの状態であり、「2つの軌跡」を描いている可能性を示している。しかも、その2つの軌跡は54cmも離れており、肉眼でも容易に区別がつく規模であった。つまり、われわれが確認できる大きさのレベルで、2つの状態を重ね合わせた物質が実験装置内に、確かに存在していたのだ。
研究を行ったスタンフォード大学のマーク・カセヴィッチ博士は、「今回の研究結果は、日常生活の世界でも重ね合わせ現象が起きる可能性を示唆した」と話し、量子の性質を活かしたさまざまな技術の利用を期待した。
量子の世界で起こる現象といえば、重ね合わせの他にも瞬間移動する「量子テレポーテーション」や、古典力学を無視するように移動する「トンネル効果」などがあるが、どちらも現実世界で起きれば世界が変わる事柄だ。また、量子は時空を超えるという研究結果もあるため、タイムマシンの期待も膨らんでくる。
今ある常識を全て過去のものとする可能性を秘めた量子力学。人類の大きなターニングポイントはすぐそこまで迫っているのかもしれない。
※画像は、「Wikipedia」より引用