量子流体 Quantum fluid

Quantum fluid
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A quantum fluid can refer to a cluster of valence electrons moving together after they undergo fermionic condensation.

Under extremely high pressures and low temperatures electrons may condense into a quantum fluid. In such a state, electrical current can theoretically flow forever with a complete absence of voltage, meaning that its electric potential does not change, as in a superconductor.(they are like a 5th state of matter)

Quantum fluids exhibit the remarkable property of remaining liquid at absolute zero temperature and zero pressure. This effect arises from their large zero-point energy and the small interatomic forces, both of which prevent the formation of a solid phase.

A quantum fluid can also refer to a superfluid (made up of atoms).

[edit] References
Lerner, Rita G. and Trigg, George L. (1990). Encyclopedia of Physics. VHC Publishers. ISBN 0-89573-752-3.
Retrieved from "http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_fluid"
Categories: Condensed matter physics

量子流体
ウィキぺディア、無料の百科事典Jumpから以下まで ナビゲーション、検索A量子流体はfermionic凝縮を受けた後に、一緒に動く原子価電子のクラスタについて言及できます。

非常に高い圧力と低温の下では、電子は量子流体に凝縮するかもしれません。 そのような状態では、電流は、いつまでも理論的に電圧の完全欠損であふれることができます、電位が変化しないことを意味して、超伝導体のように。(それらは件の5番目の状態に似ています)

量子流体は絶対零度温度と圧力ゼロで液体のままで残る顕著な特性を示します。 この効果は彼らの大きい無ポイントエネルギーと小さい原子間の力から起こります。その両方が固相の構成を防ぎます。

また、量子流体は超流体(原子で作られる)について言及できます。

参照を編集してください。
ラーナーとリタG.とTrigg、ジョージL.(1990。) 物理学の百科事典。 VHC出版社。 ISBN0-89573-752-3。
" http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_fluid "から、検索されます。
カテゴリ: 物性物理

物体に働く強い力、弱い力、電磁気力、重力が作用する機構

基本相互作用
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基本相互作用（きほんそうごさよう、Fundamental interaction）は、物理学で素粒子の間に相互にはたらく基本的な相互作用。

素粒子の相互作用、自然界の四つの力、相互作用とも。

物体に働く強い力、弱い力、電磁気力、重力が作用する機構を表し、特定の素粒子と場とが近接作用することで発現する。

次の四つがある。

名称 相対的な強さ 影響範囲(m) 力を伝達するゲージ粒子
強い相互作用 1040 10-15 グルーオン
電磁相互作用 1038 無限大 (強さは1/r2に比例) 光子（フォトン）
弱い相互作用 1015 10-18 ウィークボソン(W±,Z0)
重力相互作用 100 無限大 (強さは1/r2に比例) 重力子（グラビトン）

今日の場の理論においては、これらの相互作用はゲージ粒子の交換により発生すると考えられている。また素粒子の対称性の研究からこれらの相互作用は高エネルギー状態においては、その挙動に違いは無くなると考えられた。最初に電磁相互作用と弱い力が電弱理論により統一的に説明され、高エネルギー物理学の実験により証明されている。さらに重力を除く3つの相互作用を統一して説明づける大統一理論が探求されており、宇宙論的な観測による検証が試みられている。

関連項目 [編集]
相互作用



この項目「基本相互作用」は、自然科学に関連した書きかけの項目です。加筆・訂正などをして下さる協力者を求めています。

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カテゴリ: 素粒子物理学 | 統一場理論 | 力 (自然科学)
隠しカテゴリ: 自然科学関連のスタブ項目

Plasma experts improve detection method for wall erosion in fusion reactor プラズマは原子炉のダイバータ(排気)の壁に輸送

October 21, 2009
Plasma experts improve detection method for wall erosion in fusion reactor
Researchers from FOM-Rijnhuizen have refined the calibration of the standard procedure to measure wall erosion in future fusion reactors. Ph.D. student Jeroen Westerhout discovered that the calibration technique yields much more signal at relatively low plasma temperatures (around 10,000 °C) than predicted by theory. The research results in a better calibration of the wall erosion, an important factor in the success of energy producing fusion experiments like ITER. They published their results in the journal Applied Physics Letters.
vergroten Figure 1. Pilot-PSI plasma
The linear plasma experiment Pilot-PSI produces plasma with densities and temperatures that are comparable with those experienced by the ITER divertor. vergroten Figure 2. Eroded targets
Erosion of carbon targets after increaslingly longer exposure to the plasma in Pilot-PSI vergroten Figure 3. Gasinjection
Hydrogen plasma streaming out of the Pilot-PSI plasma source (left). From below, methane is injected - a method used, for instance, to calibrate the detection technique for material wall erosion. In a fusion reactor, strong magnetic fields keep the hot, charged fuel gas (a plasma) away from the reactor wall. This prevents heat loss and allows the fusion reaction between deuterium and tritium to sustain itself. To remove the fusion product helium, the plasma is transported to the wall of the divertor (the exhaust) of the reactor. Chemical reactions of the hot deuterium and tritium with the carbon wall of the divertor will lead to erosion.

Scientists look at the specific colors of light that are emitted by hydrocarbons to keep track of the deterioration of the wall. In comparable experiments, Jeroen Westerhout has measured up to one thousand times more light than expected from theory. He has explained this by taking into account the light that is emitted as a result of the chemical erosion reactions.

Read the APL-letter online:
http://link.aip.org/link/?APPLAB/95/151501/1

Contact
Drs. Gieljan de Vries, telephone (030) 609 69 02.

2009年10月21日プラズマの専門家は壁浸食のために溶融原子炉で検出方法を改良します。
FOM-Rijnhuizenからの研究者は、将来の溶融原子炉での壁浸食を測定するために標準手続きの較正を洗練しました。 博士課程の学生ジョロエンWesterhoutは、較正のテクニックが比較的低いプラズマ温度(約1万℃)における理論によって予測されるよりはるかに多くの信号をもたらすと発見しました。 研究は壁浸食(ITERのような核融合実験を起こすエネルギーの成功における重要な要素)の、より良い較正をもたらします。 それらはジャーナルApplied Physics Letters. vergroten図1の自己の結果を発表しました。 パイロット-PSIプラズマ、匹敵する密度と温度がある直線的なプラズマ実験Pilot-PSI生産物プラズマはそれらでITERダイバータで. vergroten図2を経験しました。 Pilot-PSI vergroten図3におけるプラズマへのincreaslinglyにより長い露出の後に炭素目標の目標Erosionを浸食しました。 Gasinjection HydrogenプラズマはPilot-PSIプラズマ源(いなくなる)からストリーミングです。 下から、メタンは注入されます--例えば物質的な壁浸食のために検出のテクニックを較正するのに使用される方法。 溶融原子炉では、強い磁場は、熱くて、請求された燃料ガスが原子炉壁から遠くの(プラズマ)であると保ちます。 これは、熱の損失を防いで、重水素と三重水素の間の溶融反応は支えます。 融合産物ヘリウムを取り除くために、プラズマは原子炉のダイバータ(排気)の壁に輸送されます。 ダイバータの炭素壁との熱い重水素と三重水素の化学反応は浸食に通じるでしょう。

科学者は炭化水素によって放たれている、壁の劣化の動向をおさえる光の特定の色を見ます。 匹敵する実験では、ジョロエンWesterhoutは理論から予想されるより1,000倍さらに多くの光に及びました。 彼は、化学的浸食反応の結果、放たれている光を考慮に入れることによって、これについて説明しました。

オンラインでAPL手紙を読んでください:
http://link.aip.org/link/?APPLAB/95/151501/1
接触
Drs。 Gieljan deフリーズ、(030) 609 69 02に電話をしてください。

数物連携宇宙研究機構 組織

組織
数物連携宇宙研究機構は東京大学総長室に直属し、機構長は総長によって任命されます。機構長は、主任研究員の採用に関する総長への進言、機構の研究職員および事務職員の採用など、広汎な権限を持ちます。機構長、２名の副機構長、事務部門長の４名から構成される運営会議が定期的に協議をおこない、機構の業務を円滑に遂行します。この運営会議は研究および事務的事項について大学総長室と直接に連絡を取り合うことができます。

科学諮問委員会（SAC）が研究者の採用や研究戦略の設定に関して機構長に助言します。すべてのメンバーは機構長によって任命され、２００９年４月時点で副機構長２名、T. Kohno、H. Ooguri、K. Saito、D. Spergel、T. Yanagidaから構成されています。

外部評価委員会（EAC）が機構の研究成果と活動状況について毎年レビューをおこない、機構の研究戦略が目標に沿って進んでいるかどうかについて総長に報告します。委員は大学総長によって任命され、２００９年４月時点で、J. Ellis (CERN)、 M. Gonokami (U of Tokyo)、N. Kaifu (NAOJ)、Y.K. Kim (Fermilab/U of Chicago)、S. Kojima (Tokyo Tech)、D. Morrison (UC Santa Barbara)、R. Peccei (UCLA; Chair)、S.Kahn (SLAC/Stanford U)で構成されています。

IPMUでは研究目標を達成するために、それぞれの分野で世界をリードする研究者を主任研究員に採用するという、ユニークな方法をとっています。現在１８名からなる主任研究員はIPMUやホスト機関である東京大学の他の部門に所属する研究者だけでなく、他の機関に所属する研究者も含みます。主任研究員は自分の研究に関して大きな権限を持っていて、研究遂行のために必要な研究者の採用を機構長に提案することができます。このような提案を採用するかどうかは、研究戦略に関する機構長の判断で決まります。機構長は必要に応じてSACと相談します。

事務部門は機構の大切な一部です。研究者に最善の研究環境を提供することは、機構の目標達成にとって大変重要です。事務部門長はこの業務を統括します。それによって、機構長が機構全体を統括できるようにし、さらに研究に関する事柄に専念できるようにします。

ホスト機関（東京大学）

東京大学理学部物理学科・大学院理学系研究科物理学専攻
東京大学宇宙線研究所 (柏、神岡)
東京大学大学院数理科研究科・理学部数学科
東京大学大学院理学系研究科天文学専攻・理学部天文学科
共同研究機関

国立天文台
京都大学　理学研究科　物理学・宇宙物理学専攻
京都大学　基礎物理学研究所
東北大学　ニュートリノ科学研究センター　KamLand
カリフォルニア　バークレー大学　物理学科
プリンストン大学　宇宙物理学科
フランス（IHES）
高エネルギー加速器研究機構
実験プロジェクト

すばる望遠鏡は、遠方銀河を観測することによって、宇宙の三次元的大規模構造を測定することができます。その結果から、銀河をつなぎとめておくのになくてはならない宇宙の暗黒物質の分布を決め、さらに、宇宙の７３％を占める暗黒エネルギーの正体に迫ります

スーパーカミオカンデは、ニュートリノの性質を測定して通常物質に占めるニュー トリノの役割を調べ、物質の起源を解明します。また、遠い宇宙からやってく るニュートリノの観測を通して宇宙の進化を探ります。さらに、統一理論ではごく稀にではあるが起きると予言されている陽子の崩壊も探索します

カムランドは、ニュートリノの性質を測定して通常物質に占めるニュートリノの役割を調べ、物質の起源を解明します。また、地球や太陽からやってくるニュートリノを観測してこれらの星の内部を探ります

エックスマスは、私たちの住んでいる天の川銀河に満ちているはずの暗黒物質を直接とらえるための次世代検出器です。これまでの検出器に比べて飛躍的に改良された感度を持つので、単に暗黒物質を捕えるだけでなく、その性質を測定しようとします

すばる望遠鏡やLHCからは、いままでに類のない膨大なデータが得られます。 LHC（大型ハドロンコライダー）は、世界最高エネルギーの加速器です。実験室に再現される宇宙創成のころの状態を精密に観測して、暗黒物質の候補のひとつである超対称性粒子を探ります。さらに、瞬間的に生成される可能性のある小型ブラックホールや、余剰次元(ひも理論に現れ る高次元)、などの新現象を探ります。IPMUチームはデータの現象論的分析を行います

他リンク

京都大学大学院理学研究科／理学部　数学教室
名古屋大学　物理学教室
Caltech Particle Theory
Department of Physics and Astronomy, U.C. Irvine
Universite' Paris Diderot (Paris 7)
京都大学数理解析研究所
台北LeCosPA




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教授ビザ

ビザ
外国からの訪問者のほとんどは90日以内の滞在であればビザ（査証）は必要ありません。ビザが必要な国からの訪問者には、IPMUがビザ取得のお手伝いをします。お持ちのパスポートの有効期限を確認し、ビザ取得手続の際はパスポートを日本大使館領事部へしばらく提出することになりますから、外国旅行でパスポートが必要になる時を考慮して、余裕を持ってビザを取得してください。まず最初にIPMUが日本の入国管理局へ「在留資格認定証明書」を代理で申請しますので、パスポートの写しや必要な資料を送ってください。発行までには通常1ヶ月強かかります。IPMUに届き次第、正式な招待状等といっしょに速達で送ります。有効期間は発効日から3か月です。期限までに入国しない場合は、無効になりますので、外国出張の予定を入れる場合やパスポートの書き換え等のタイミングをよく見計らってください。受け取られましたら、近くの日本大使館や領事部でビザの申請を行ってください。通常、数週間以内にビザは発給されます。

IPMUで研究活動を行い、報酬を得る場合には、例え学生であっても、在外公館で「教授ビザ」と呼ばれる就労ビザを取得する必要があります。IPMUはビザ取得のお手伝いをします。教授ビザの申請から発行までは通常2週間以内です。

90日以上日本に滞在する外国人の全ては、簡易宿泊施設であろうがホテルであろうが、住んでいる場所の市町村役場で外国人登録をしなければなりません。

ビザ (外務省)

English

数物連携宇宙研究機構の初代機構長

村山斉
Hitoshi Murayama
数物連携宇宙研究機構の初代機構長。素粒子理論におけるリーダーの一人であると共に、基礎科学分野における若き指導者の一人でもある。 1991年に東京大学で博士の学位取得後、1993年以来アメリカ在住。2008年1月に帰国、機構長着任。

子供のような好奇心
研究者の心は子供のときのままです。小さいときに夜空を見上げて宇宙の果てしなさ、自分の小ささをしみじみと感じた経験は皆さんにもあると思います。「いったい宇宙はどこまで広がっているのだろう? 」、「宇宙には始まりがあったのかな? 」、「星は何で出来ていて、どうして光っているのだろう? 」。私たちはこんな子供時代の素朴な疑問を追いかけ続けています。

私が物理学の勉強を始めてまず驚いたことは、先人達のとてつもない努力によって、こうした数々の素朴な疑問が解かれていたことです。どんどん勉強するにつれて、「ああ、そうか! 」と納得することの嬉しさのとりこになっていきました。

太陽はなぜ光る?
例えば、星は何で出来ていて、どうして光っているのか? 　実際に星のそばへ行ってそのサンプルを採ってきたり、星の中へ入っていって光が出る仕組みを調べたりすることは、もちろんできません。ですが、星から出る光の「色」を詳しく調べ、実験室でさまざまな原子・分子から出る光の「色」と比べることで、サンプルを採らなくても星が何で出来ているかは調べることができました。その結果、太陽を含めて星はほとんど水素でできていることがわかりました。科学ではこのように、直接触ることができない物をなんとかして調べなければならない、ということがよくあります。それでは、その水素がどうして光っているのでしょうか?

手がかりはアインシュタインの有名な式、E=mc2 にありました。物の重さ（m）というのは実はエネルギー（E）だというのです。それで、太陽は自身の重さをエネルギーに変えることで光っているのだろう、ということになりました。だとすると、太陽は毎秒400 万トンも軽くなっているはずです。でも、どうしてこの考えが正しいとわかるのでしょうか? 　実は、水素の重さがエネルギーに変わるときに副産物としてニュートリノという粒子が放出されます。日本のカミオカンデでそのニュートリノを捕まえることに成功し、この考え方の決定的証拠が見つかりました。こうして研究者は、光やニュートリノを使う観測、そしてアインシュタインの相対性理論や量子場の理論を総動員することで、直接触ることのできない星の中の仕組みまで調べてきたわけです。

ビッグバン
また、宇宙が大爆発で始まったことは「ビッグバン理論」としてよく知られています。誰も宇宙の始まりに戻って見てきたわけではありませんが、これは大爆発のいわば「化石」を見ることでわかりました。大爆発のときに出た光がいまでも漆黒の宇宙空間の中を飛び回っているのです。ただし、光も宇宙の膨張で引き延ばされて、目に見える光ではなく電子レンジで使われているのと同じマイクロ波になってしまっています。この「化石」は特に宇宙の形、大きさ、年齢、そしてその中にあるエネルギーの内訳をよく知っているので、たいへん興味深いものです。特に21世紀に入ってから、人工衛星とテクノロジーの進歩のお蔭でとても詳しく調べることができるようになり、さまざまなことがわかってきました。例えば、宇宙の年齢は 137億年、形は「真っ平ら」です。

新たな謎
一方、さらに勉強を続けていくと、逆に「まだこんなこともわかっていないのか! 」という驚きもあります。星が何で出来ているのかはわかりましたが、実は宇宙が何で出来ているのかは、まるっきりわかっていないのです。すでに触れた「化石」のマイクロ波や、さまざまな観測と理論の比較から、宇宙のエネルギーの中で私たちが知っている物質（原子）は実は5%に満たないことが、過去10年ではっきりしました。残りの20%は得体の知れない「暗黒物質」、さらに摩訶不思議な宇宙の75%を占めるのが「暗黒エネルギー」。どちらも名前はついているものの、その正体はまったくわかっていません。

IPMUの取り組み
数物連携宇宙研究機構（IPMU）は、「宇宙はどうやって始まったのか? 」、「何で出来ているのだろう? 」、「どうして私たちは宇宙に存在しているのか? 」などの素朴な疑問に迫るために発足しました。直接宇宙の始まりをやり直すわけにはいきませんし、なにせ「暗黒」のものは目にも見えません。どれも非常に難しい問題です。ですから、IPMUはさまざまな分野（天文、素粒子物理、数学）の第一線の研究者を集め、さまざまな手法を総動員して、共同で問題を解いていこうと考えています。また、人類共通の大疑問を解くには、日本人だけではなく、世界中から研究者を集めて当たっていかなくてはなりません。そのため日本にありながら、IPMUの公用語は英語です。そして新しい物の見方を生み出すためには、頭が柔らかく、ひとつの分野にとらわれない若い力が大事です。

例えば、宇宙の始まりは「特異点」と言われ、そこでは私たちの知っている物理法則が使えません。まず、あまりにも強い重力の効果のため、アインシュタインの相対性理論を使わなくてはなりません。一方、とてつもないエネルギーのため、現代物理学のもうひとつの柱である量子場の理論も必要です。ところが、この２つの理論をいっしょに使おうとすると、訳の分からない変な答えばかりが出てきます。例えば、宇宙は0.000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,001 cmよりも大きくなれるはずがない、という結論が出たりします。実際には、宇宙は10,000,000,000,000,0 00,000,000,000,000cmよりも大きいですから、これは明らかに大間違いです。

この問題を解決するために有望視されているのがストリング理論（弦理論・ひも理論とも言う）です。ストリング理論は、相対性理論と量子場の理論を兼ね備えていて、なおかつ矛盾のない計算ができることがわかっています。とはいうものの、光や電子が粒々ではなく、小さくてもゴムひものような広がった物だというので、実際の計算がとても難しくなります。そこで、最先端の数学を駆使しなくてはいけないことになります。また、ストリング理論の研究から数学者が刺激を受け、数学の新しい分野が切り開かれてきています。こうして物理学と数学が互いに助け合いながら進歩していくのです。普通の大学の縦割りの環境では、数学者と物理学者が出会い、共同で研究する機会がなかなか生まれません。機構では、初めから数学者と物理学者がいっしょにいて、しょっちゅう顔を合わせる環境をつくります。こうして宇宙の始まりといった、素朴でありながら超難問に迫っていきます。

また、天文学は空を見上げて天体や銀河といった大きな物を対象にしていますし、素粒子物理学はものの成り立ちをとことん小さな部品に分けて調べる学問ですから、まったく正反対なもので、つながりはほとんどありませんでした。しかし、暗黒物質は私たちの銀河系に満ち満ちていることが精密な天体観測からはっきりした結果、これは宇宙がまだ誕生して1兆分の1 秒というごくごく若いときに創られた素粒子だと考えられるようになりました。「宇宙が何で出来ているのか」という問題に迫るには、やはり普通の大学の環境では難しいので、分野を超えた共同研究が必要になってきます。例えば、IPMUでは旧神岡鉱山の地下に新しい実験装置をつくり、銀河の中の暗黒物質を直接捕らえようという計画を推進しています。また、今年始まるLHCという世界最大の粒子加速器を使った実験では、暗黒エネルギーを実験室で創りだそうとしています。IPMUでは、この複雑で大規模なデータから最大限の情報を引き出すための研究をしていきます。一方、宇宙の中の何千万個もの銀河の観測をして、暗黒エネルギーの性質を調べようという計画も進めています。こうした観測・実験から得られるデータを突き合わせ、さらに理論物理学と数学を組み合わせることで、宇宙の神秘に迫っていくことがIPMUの考え方です。

何の役に立つのか?
宇宙の仕組みを少しずつでも理解できると胸がすっきりしますが、日ごろの生活の役に立ったり、地球温暖化が防げるわけではありません。ですが、間接的に役に立つことはあります。こうした基礎研究のために開発したテクノロジーが医学や情報科学に役立った例はたくさんあります。例えば、ウェブは研究者がデータを交換するために開発したものが全世界に普及しました。また、素朴な疑問は中高生にもわかりやすく、科学や数学を志すきっかけになります。「理科離れ」が危惧されている今、技術立国日本の次の世代を育てるためにも一役買うはずです。

結び
まだ発足して半年にもなりませんが、すでにIPMU にはさまざまな分野の、特に若い元気な研究者が世界中から集まってきています。子供時代からの素朴な疑問が、今後10年ほどの間に少しでも解けていくのが楽しみです。


English

Speculating about the Universe as a quantum fluid

Speculating about the Universe as a quantum fluid
By Chris Lee | Last updated January 25, 2010 9:35 PM

NASA The first thing that struck me about Hitoshi Murayama was that he certainly did not fit the stereotype of a Japanese presenter—he's relaxed, eloquent, and clearly very, very excited about his work. He is the head of a new research center in Japan called the Institute for the Physics and Mathematics of the Universe—a purview that allows him to study just about anything. But he's chosen to study everything; Murayama wants to know why there is, in fact, a universe.

Because the Physics@FOM audience comes from a range of backgrounds, Murayama's talk was light on details and strong on providing a flavor of the problem and inspiring the audience. And inspired I was, as he took us on a whirlwind tour of the known Universe, including dark matter and inflation. He wrapped up by going completely off the map with some of the ideas that he has had floating around for some time now.

Murayama proposes that the Universe is, in fact, a quantum fluid, somewhat like a superconductor.Starting with the energy budget of the Universe, he reminded us that less than five percent of the matter and energy in the Universe is understood, with the remainder being dark energy and dark matter. But, even if we could account for dark matter with a bunch of particles and dark energy was understood, we still wouldn't understand much. For instance, none of this knowledge would help us understand why the various forces behave the way they do.

Along the way, he provided a taste of the evidence for why we believe the things that we do. We know dark matter exists because galaxies don't fly apart, because we find gravity where there is no matter, and, most tellingly, our universe would be smooth and featureless in the absence of dark matter. He showed that, although dark matter allows structures to form, inflation provided the initial changes in density that allowed them to condense.

But, of course, we don't know what dark matter is. Murayama justified the idea that dark matter is almost certainly some sort of weakly interacting massive particle by showing how we account for the dimmest objects in the Universe and simply don't find enough of them. In short, we think that dark matter exists because it is just about impossible to account for all the evidence with any other proposals.

Now, with the LHC online, we should start finding particles that may well be dark matter, and we will soon know if cosmologists were on the right track. And that is kind of exciting: years of speculation and careful modeling about to be properly tested. But, even more exciting, if the LHC does find dark matter candidate particles, cosmologists will be able to claim that we pretty much understand the Universe from 10-10s after the big bang to the present day—a mind-boggling thought.

What really seems to turns Murayama on is the problem of explaining why some forces are long-range and some are short-range. Basically, gravity reaches out over huge distances. Electromagnetism would reach just as far, but because there are both negative and positive charges, forces due to one set of charges tend get screened out by opposite signed charges. This effectively limits the reach of electromagnetic forces. Nevertheless, the fundamental distance scaling for the two forces is the same. The strong and weak nuclear forces are very short range, extending no further than the width of a nucleus.

There is no fundamental reason for why these forces scale differently from gravity and electromagnetism. He proposes that the Universe is, in fact, a quantum fluid, somewhat like a superconductor. How does this work? The analogy with superconductivity is apt because superconductors reject magnetic fields. That is, the charges in a superconductor arrange themselves such that the field lines of a magnetic field get bent around the super-current. Now, imagine sitting in the superconductor, trying to make a magnetic field.

What you would see is that the field was incredibly short-ranged because of the way the field would interact with the surrounding charges. Therein lies the idea. Imagine that the Universe is a quantum fluid that interacts very strongly with the strong force and weak forces, but ignores gravity and electromagnetism. Our knowledge of the four forces allows us to calculate some of the properties that this fluid must have, and, from there, to figure out how much energy is tied up in this fluid.

If you are going to go into debt, you might as well do it properly. If Murayama is right, the current energy of the Universe is short by some 1062 percent of that required to create the fluid during the big bang—that is one hell of a mortgage. As he jokingly pointed out, we are constantly told that deficits are a bad thing, so if his dark field proposal is to become more than an idea, some creative accounting is required.

All in all, a great opening to Physics@FOM.

なぜ宇宙が存在するのか

宇宙は「量子流体」――村山斉氏が語る、超伝導体としての宇宙
2010年2月 2日

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Chris Lee


宇宙の構造。Millennium Simulation, 画像はwikipedia


村山斉氏について、筆者がまず驚いたのは、人前で発表を行なう一般的な日本人のイメージと違っていたことだ。村山氏は、リラックスしていて雄弁で、そして見るからに、自身の研究に心底わくわくしていた。

日本に新設された研究機関、数物連携宇宙研究機構(IPMU)の機構長に就任した村山氏は、ほとんど何を研究しても許される立場にある。しかし、村山氏は「すべて」を研究することを選んだ。村山氏が解明しようとしているのは、なぜ宇宙が存在するのか、という問題だ。

オランダの研究財団Foundation for Fundamental Research on Matter(FOM)が主催する物理学会議『Physics@FOM』には、多様な分野から聴衆が集まっていたため、村山氏はあまり詳細には分け入らず、問題の要点を伝え、聴衆の興味をそそることに重きを置いた。暗黒物質(ダークマター)や宇宙のインフレーションなど、宇宙についてこれまでに分かっている事柄を駆け足で語る村山氏の話に、筆者も興味をそそられた。

特に村山氏の熱意を感じたのは、[四つの]力には、なぜ長距離まで及ぶものと短距離のものが存在するのかを説明しようとする問題だ。

基本的に、重力は非常に長距離まで到達する。また、電磁気力も同じくらい遠くまで到達するが、[物質が帯びている]電荷にはプラスとマイナスがあるため、どちらか一方の電荷に働く力は、反対の電荷によってさえぎられる傾向にある。したがって実質的には、電磁気力が到達する距離は限られる。それでも、重力と電磁気力の2つの到達距離は、原則的には同じだ。これに対して、強い核力と弱い核力はごく短距離の力で、原子核1個の幅に相当する距離までしか到達しない。

これら2つの力の到達距離は、重力および電磁気力のそれとなぜ異なっているのか。その理由を根本的に説明する理論は今のところ存在しない。

村山氏は、宇宙とは実のところ一種の量子流体(quantum fluid)であり、超伝導体にいくらか似たものではないかと推測している。

宇宙を超伝導体になぞらえているのは、超伝導体が磁場を排斥するという性質のためだ。超伝導体においては、電荷の配列によって、磁場の磁力線が超伝導電流の周りで屈折してしまう。[超伝導体は、超伝導体内部への外部磁場の侵入を完全に排除して内部磁場をゼロにするというマイスナー効果を持つ]

そのような超伝導体の中で、磁場を発生させようとすればどうなるだろうか。その場合、磁場の範囲はごく短距離にとどまるだろう。これは、磁場が、周囲の電荷と相互作用する結果だ。

ここに村山氏の説の手がかりがある。宇宙を、強い力および弱い力とは非常に強く相互作用するが、重力と電磁気力は無視できるような量子流体だと考えるのだ。[実際の超伝導物体中は、電荷が2の量子流体で満ちており，そのため超伝導体の中では磁力などの長距離力が短距離力に変えられてしまっている。同様に，宇宙も何らかの量子流体によって満たされており，それによって様々な現象が引き起こされているとする理論]

自然界の4つの力について、これまでに得られた知識を用いれば、この流体が持っているはずの性質のいくつかを、計算で突き止めることができる。そしてそこから、この流体が有するエネルギー量を割り出すことができる。

村山氏の説が正しいとすると、宇宙が現在有しているエネルギーは、ビッグバンにおいてこの流体を発生させるのに必要なエネルギーに、およそ10の62乗％足りないことになる。これを負債にたとえるなら、途方もなく大きなマイナスだ。

村山氏が冗談めかして言うように、われわれは常々、赤字は悪だと教え込まれている。したがって、村山氏の暗黒領域(dark field)に関する説が、推論の1つから昇格するためには、何らかの「創造的な計算」が必要になるだろう。

Physics@FOM会議の幕開けにふさわしい講演だった。

[以下は、IPMUの構想を語る村山氏の文章(PDF)から引用。「我々の知る限り宇宙は一種の「超伝導状態」になっており、そのために「弱い力」はナノメートルの更に十億分の一の距離しか届かなくなっている。この超伝導体のエネルギー密度は宇宙のエネルギー密度合計の1060倍と見積もられていて、このエネルギーがどこへ行ってしまったのかも分かっていない。何か別の寄与が60 桁にわたって正確に打ち消したのだと思われている。こうした不思議な観測事実は宇宙の新しいパラダイム、従って新しい物理学と数学を必要としている」]

{この翻訳は抄訳です}

[日本語版：ガリレオ-高橋朋子／合原弘子]

WIRED NEWS 原文(English)


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