1: 2015/07/08(水) 21:59:20.08 ID:???.net
毎秒1千億回に達する分子の回転運動について高解像度の動画撮影に成功 | 東工大ニュース | 東京工業大学
http://www.titech.ac.jp/news/2015/031684.html

画像
http://www.titech.ac.jp/news/img/n000902_oshima_fig1.jpg
図1. 単一方向に回転する分子集団の生成と分子配向のイメージング
http://www.titech.ac.jp/news/img/n000902_oshima_fig2.jpg
図2. 従来法と本研究での撮影アングルの比較
http://www.titech.ac.jp/news/img/n000902_oshima_fig3.jpg
図3. 左回りに回転する窒素分子のスナップショット(その1)
http://www.titech.ac.jp/news/img/n000902_oshima_fig4.jpg
図4. 左回りに回転する窒素分子のスナップショット(その2)


(前略)


研究の背景

コマや風車が回転する様子はおなじみですが、ナノメートル[用語1]以下という極微の存在である分子も、同様に回転運動をしています。ただし、その回転のスピードは1秒間に100億回以上というまさに桁違いの速さです。また、コマや風車(さらには地球や銀河までも)は古典力学[用語2]に則って運動しますが、分子のようなミクロな存在を支配するのは量子力学[用語3]であり、「物体の運動は波としての性質も示す」という直感的には理解しがたい基本法則が存在します。分子の回転も「波」として振る舞うはずですので、コマや風車の回転とは全く異なった様相を示すはずです。

一方、分子の性質(電場・磁場・光への応答など)を詳細に明らかにしようとする際には、分子の回転運動を理解し制御することは不可欠です。なぜなら、分子は3次元的なかたちを持つので、空間中でどちらを向いているかによって分子の性質は大きく影響されますが、分子の方向が変化する運動が回転に他ならないからです。近年では、急速に発展している極短パルスレーザー技術を利用して、分子の量子力学的回転運動を制御する研究が活発に行われており、100フェムト秒[用語4]刻みで分子の向きが変化する様子を観測することすら実現されています。ただし、これまでの研究では、分子の回転方向を完全に特定することはできておらず、いわば右回りと左回りの回転をまとめて観測していたような状況でした。古典的な右回り・左回り回転に相当する量子力学的な回転運動とはどのようなものなのかを実験的に検証することが残された課題でした。

研究成果 

回転する分子の姿を明確に観測するためには、以下の2つの問題点を解決する必要があります。まず第1に、微小な分子1個1個の超高速な運動を追跡することは極めて困難ですので、多数の分子をまとめて観測することが現実的かつ有効です。そのため、回転方向やスピード、回転のタイミングまでがそろった分子の集団を作り出す必要があります。第2に、ナノメートル以下の分子が、100フェムト秒程度の時間スケールで刻々とその方向を変える様子を計測する必要があります。さらに、分子の量子力学的回転運動を観測するためには、分子同士の相互作用が無視できる希薄な気体状態である必要があり、時間・空間分解能とともに高い検出感度が要求されます。

第1の課題については、分子研・東工大の研究チームは既に、100フェムト秒程度の時間幅を持つレーザーパルスを適切な時間間隔で2発続けて照射すると、右もしくは左回りに分子がそろって回転する状態を作り出せることを世界に先駆けて明らかにしています[注]。本研究では、最も単純な構造を持ち身近な存在でもある窒素分子を対象として、この手法を適用しました(図1)。

第2の課題については、クーロン爆発イメージング法と呼ばれる手法を利用しました。ここでは、より強力な第3の極短レーザーパルスによって回転する窒素分子から複数の電子をはぎとり、レーザーパルスの時間幅以内で2つの窒素原子イオンに分解させます。イオンが飛び出した方向は壊れる直前の分子の向きと一致していますので、2次元イオン検出器によって測定することにより、分子の向きの分布(配向分布)を実験的に求めることができます。方向がそろった回転を誘起する第2のパルスと分子を「爆発」させる第3のパルスとの時間差を変化させて測定を繰り返すことによって一連の画像を撮影し、最終的に一方向に回転する窒素の動画としてまとめました(図1)。

2次元イオン検出器を用いるクーロン爆発イメージングは確立した計測法ですが、これまでの撮影アングルでは、回転方向が右向きか左向きかを区別できませんでした。本研究では、電極を追加する
ことによってイオンの飛行方向を90度折り曲げることによって、一方向にそろって回転する分子に最適なアングルで撮影することを可能としました(図2)。

詳細・続きはソースで

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引用元: 【観測技術/量子力学】毎秒1千億回に達する分子の回転運動について高解像度の動画撮影に成功 東工大

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4: 2015/07/08(水) 22:06:24.72 ID:uiLp9ju+.net
詰まってるようでいて実はスカスカの世の中だからな

では動くのなら何をエネルギーにして動くのか?自発的運動なのかそうでないのか?

6: 2015/07/08(水) 22:16:03.70 ID:0FNKB/ru.net
>>4
エネルギーは心です。

5: 2015/07/08(水) 22:15:05.53 ID:+n+/rV2t.net
量子論はもう一つよくわからんかったな。電子スピンって180度で一回転なんだろ?
何でやねん?俺を舐めてるのか?

11: 2015/07/08(水) 22:41:00.46 ID:KaC10WXH.net
>>5
メビウスの輪
2周して元に戻るから
1周では1/2回転

13: 2015/07/08(水) 23:00:31.96 ID:ox8gT7iF.net
>>5
720度だろ
古典的なスピンでは無いってことだ

8: 2015/07/08(水) 22:19:24.09 ID:nhN+ducX.net
世の中紐で出来ていて
連続した空間でない

9: 2015/07/08(水) 22:21:35.67 ID:cmRAf5ms.net
神や株と同じ精神世界
疑い始めたら崩壊していく

12: 2015/07/08(水) 22:56:05.53 ID:MK9o/8e8.net
>>1
さっぱりわからんな。
・分子特有の安定した回転周期とかがあるのか。
それとも外部環境次第で自在にどんな周期でも安定して回るのか。
複数の波が観察できる時、それら波の周期の間には何らかの
規則があるのか。
・安定した回転周期があるとして、それはその分子(回転部分)の属性
(大きさ、質量、など)から算出できるのか。
・反応しやすい分子(原子)の組み合わせは、この「回転」の周期に
おいて、何らかの特徴(整数倍、あるいは互いに素で無い、とか)
はないのか。
・加熱すると回転数は変化するのか。
・今回使ったような方法で分子の向きをそろえると、化学反応の
速度が速くなりそうなするが、んなことはないのか。

30: 2015/07/09(木) 09:52:16.88 ID:kGOqBWBg.net
>>12
水素原子(陽子と電子)の量子力学的な運動方程式を解いて
固有値、固有関数を求めれば水素原子の基底状態、励起状態のことがわかる。

窒素分子の回転も同様で、量子的運動方程式を解けば
回転、伸縮などの自由度について固有値、固有関数が求まる。

分子の回転は、どんな角運動量でも許されるのではなく飛び飛びの状態を持つ

32: 2015/07/09(木) 11:44:29.99 ID:CZscWkAw.net
>>30 おー。だいたい把握。
計算できるのは、シンプルな構造のもの限定かね?

16: 2015/07/08(水) 23:30:11.84 ID:5CED51JW.net
ほれ動画だ
https://www.youtube.com/watch?v=NcUucMFUedE


Quantum unidirectional rotation directly imaged with molecules
直接分子で撮像された量子一方向の回転
Video by Kenta Mizuse, Kenta Kitano, Hirokazu Hasegawa,
and Yasuhiro Ohshima. Originally published on Science Advances
on July 3rd, 2015. DOI: 10.11126/sciadv.1400185.
More (in Italian) here: http://goo.gl/LHKSLM

17: 2015/07/08(水) 23:34:42.57 ID:5CED51JW.net
3D展開したこちらのほうが見応えがあるかな
https://www.youtube.com/watch?v=NAEU510EHCQ


18: 2015/07/08(水) 23:40:33.45 ID:5CED51JW.net
一部をグーグル翻訳
観察された分子のムービーから、時間依存の詳細な結節構造、瞬時アライメント、
角度分散、および波束の端数復活は完全に特徴付けられています。
量子領域における一方向の回転の正確なビューを提供する本発明の手法は、
分子波束の高度に構造化された時空間発展をキャプチャするには、その機能を
利用することで、より洗練された分子操作を案内します。

19: 2015/07/08(水) 23:54:09.24 ID:a5eezo6q.net
素人なんだが、この回転のエネルギー源は何なの?
回転によって摩擦熱とか発生しているの?

38: 2015/07/09(木) 14:55:30.29 ID:x1v7tbJb.net
>>19
回転ずしって電気使ってないんだぜ
寿司の重さを使って回ってる

27: 2015/07/09(木) 05:42:52.83 ID:fRn9JCJV.net
そんなに回転したら、赤道面の角速度は光速を超えてるんじゃないの?
 

31: 2015/07/09(木) 11:29:24.34 ID:IGU7tTis.net
レーザー光があるのでカメラ撮影が出来ないと表記しているぞ
つまり、未確認だそうなw

33: 2015/07/09(木) 12:35:20.30 ID:7N+u52RV.net
ようするにバルスをうった分子のどっちがθなのか
わかるってことじゃん

23: 2015/07/09(木) 02:34:31.38 ID:Oc+Gtkbl.net
あんまり早く回ると止まってんのと変わりばえしないから、まずは落ち着きなさいな