固体・液体・気体・プラズマに次ぐ「物質の第5の状態」(sorae 宇宙へのポータルサイト)

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よく知られているように、物質には「固体」「液体」「気体」といった状態があります。物質がイオンと電子に分かれた(電離した)気体である「プラズマ」もその1つです。さらに、これらの4つに加えて第5の状態と呼ばれているものがあり、「ボース・アインシュタイン凝縮」(ボーズ・アインシュタイン凝縮)という名前がつけられています(英語の頭文字を取ってBECと呼ばれます)。 動画付きオリジナル記事(sorae) 科学者が初めて(気体について)ボーズ・アインシュタイン凝縮の状態を作り出したのは今から25年前で、その成果に対しノーベル物理学賞が与えられました。BECは非常に低温の環境下でたくさんの原子がひとつの状態に収まり、それらがまとまって振る舞うような状態を指します。「ひとつの状態に収まり」というのが「凝縮」という表現になっていますが、これは物理的に同じ場所に集まるということではありません。直感的にはわかりにくく、厳密な説明は難しいのですが、人がみな同じような顔・おとなしさで集団で動いているようなものと言えるかもしれません。有名な現象としては、ある温度以下に冷やした液体ヘリウムの粘性(粘り気)がなくなってしまう「超流動」と呼ばれるものがあります。 2018年7月、国際宇宙ステーションにあるNASAの実験室「Cold Atom Lab」は地球軌道上で初めてBECを実現した施設となりました。この実験室では原子を極低温まで冷やし、その基本的な物理性質を探っています。原子やさらに小さいスケールの世界を探ろうとするとき、物理学の1分野である「量子力学」が欠かせません。量子力学では「電子が波のような性質を持つ」など私たちの感覚では理解しにくい現象が登場しますが、そうした性質が携帯電話やパソコンにも応用されており、実は身近なものでもあります。量子力学的な(量子的な)現象が初めて観測されたのは1世紀以上も前ですが、天文学でも重要な役割を果たすことがあり、その意味でもまだ研究が続けられています。 それではなぜ極低温まで冷やし、また宇宙で実験するのでしょうか? 物質中の原子や分子は温度が高いほどその動きが激しくなり、逆に冷やしていくとその動きはだんだんとゆっくりになっていき、研究しやすくなります。Cold Atom Labでは温度を絶対零度(約マイナス273度)近くまで下げることが可能です。また

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(2020/06/23)