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科学

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1: 2018/12/05(水) 00:49:09.68 ID:CAP_USER
 国家的プロジェクトというと、東京オリンピックや大阪万博ばかりが注目されがちだが、実は岩手県で、それらを凌ぐスケールの超巨大プロジェクトが持ち上がっているのを、ご存じだろうか。

 岩手・北上山地の地下100メートルに、全長20キロに及ぶ直線状の「加速器」を建設。全世界から膨大な数の科学者たちが集い、ヒッグス粒子や、宇宙を構成するダークマター(暗黒物質)などを解明しようという「国際リニアコライダー」(International Linear Collider 以下、ILC)計画があるのだ。

 「ちょっと、何言ってるのか分からない」という人のために簡単に説明をすると、「加速器」とは、原子よりも小さな「素粒子」を光の速さで正面衝突させる研究施設(ILCの場合は電子と陽電子を衝突させる)のこと。人も地球も宇宙もすべては素粒子からできているので、ここの謎を解くことで、宇宙の成り立ちはもちろん、まだ解明されていない物資、現象などこの世界のさまざまな謎に光を当てられる、というわけなのだ。

 この素粒子については、『アイアンマン』『アントマン』というマーベル映画や、『エヴァンゲリオン』などのSFアニメにもちょこちょこ登場するので、ファンの方ならば聞いたことがあるのではないだろうか。ちなみに、世界中で興行記録を塗り替えた大ヒット作『アベンジャーズ/インフィニティ・ウォー』の続編が来春公開されるが、そこでも素粒子が物語の重要なカギを握るとされている。

 そんな幼稚な話は興味ゼロだね、という人でも、スイスのジュネーブにある「CERN」(欧州原子核研究機構)の名は聞いたことがあるだろう。

 世界中の研究者が情報にアクセスできることを目的としたWWW(ワールドワイドウェブ)が考案されたことから、「インターネット発祥の地」として有名なこの施設にも円形の加速器があって、「ブラックホール発生装置だ!」「研究を進めると宇宙が崩壊する」なんて『月刊ムー』のような超自然科学系サイトでもちょこちょこ取り上げられているので、一度や二度は耳にしたことがあるはずだ。

そんな世界的な研究所を上回る施設を日本に造ろうじゃないの、というのがILC計画だ。

 「なぜわざわざ日本で?」と首をかしげる方も多いかもしれないが、推進している方たちのお話を聞いてみると、いくつか大きな理由が見えてくる。

 まず、日本は、中間子理論を提唱した湯川秀樹から、近年のニュートリノ天文学の小柴昌俊氏、6つ以上のクォークが存在を予測した益川敏英氏、小林誠氏まで、多くのノーベル物理学賞受賞者を生むなど、世界の素粒子物理学をリードしてきた。また、加速器に関する技術も世界一と評され、茨城県つくば市にあるKEKB加速器は現時点で世界でも最も密度の高い電子ビームをつくることができる。

 そんな“素粒子研究先進国”である日本の競争力をILCでさらに確固たるものにしようというのが、まず1つなのだ。

そして、もう1つ重要なのが、経済効果だ。

 世界中から優秀な頭脳が集結してくるわけなのだから、経済効果を期待する声が出るのは当然だ。事実、CERN周辺には世界中の科学者が家族を連れて定住したことで、消費や観光など地域振興が成功している。しかも、ILCが優れているのは、その効果が続く「期間」だ。どんなに「頑張れ、ニッポン!」「万博で大阪を元気に!」と叫んだどころで、五輪や万博というイベントは数週間から半年ほどで閉店ガラガラとなって、後には莫大な維持費がかかる「負の遺産」が残ってしまう。事実、東京五輪で新たに建設されている競技施設も既に大赤字が試算されている。

 が、ILCは違う。世界中からさまざまな研究者が訪れ、入れ替わり立ち替わり30年近く研究が続けられるという。設立から60年を経たCERNが活況していることや、素粒子物理研究の性格からしても、極めて息の長い研究施設になる見込みなのだ。

 そのような意味では、ILC計画とは、日本の東北で「科学のオリンピック」を30年間ぶっ続けで開催をするようなものと言っていいかもしれない。

http://image.itmedia.co.jp/business/articles/1811/20/yd_kubota1.jpg
http://image.itmedia.co.jp/business/articles/1811/20/yd_kubota2.jpg
http://image.itmedia.co.jp/business/articles/1811/20/yd_kubota3.jpg

続きはソースで

ITmedia ビジネスオンライン
http://www.itmedia.co.jp/business/articles/1811/20/news057.html
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引用元: 【宇宙開発】加速器、国際リニアコライダー、「宇宙の謎に迫る国家プロジェクト」に、日本学術会議が猛反発のワケ

加速器、国際リニアコライダー、「宇宙の謎に迫る国家プロジェクト」に、日本学術会議が猛反発のワケの続きを読む

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1: 2018/11/07(水) 15:18:37.73 ID:CAP_USER
絶対零度からごくわずかだけ温度が高い超低温の環境で原子を第5の状態「ボース=アインシュタイン凝縮」に置き、その状態を観察するという実験がドイツの研究チームによって実施されました。実験では高度約250kmまで上がる気象観測ロケットが用いられ、6分程度にわたる極小重力環境下で100を超える観察が行われています。

Space-borne Bose–Einstein condensation for precision interferometry | Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0605-1

For The First Time, Physicists Created a 'Fifth' State of Matter in Space
https://www.sciencealert.com/bose-einstein-condensate-space-record-maius-1-experiment-results

ボース=アインシュタイン凝縮(Bose–Einstein condensation:BEC)は、固体・液体・気体・プラズマに次ぐ「物質の第5の状態」とされるもので、1925年に物理学者のサティエンドラ・ナート・ボースとアルベルト・アインシュタインによってその存在が予言されていました。その後、1995年にコロラド大学とマサチューセッツ工科大学の研究チームがそれぞれBECの実現に成功し、2001年にはノーベル物理学賞を受賞しています。

BEC状態にある原子は、粒子的ではなく集団的な波としてのふるまいを見せるようになります。この「雲」のような状態では多数の原子が同一の波動を行うようになり、個々の原子を区別できないので、原子雲全体が1つの「超原子」のようなものになっていると考えられています。

BECは磁場や集束レーザーなどを用いて作り出した「原子トラップ」の中で原子の振動運動を封じ込めることで、絶対零度に限りなく近いところまで物質を冷却して作り出されます。しかし、重力の影響を受ける地上ではBECを作り出せても、レーザーの照射を止めるとあっという間に雲が落下してBECの状態が失われてしまいます。

続きはソースで

関連記事
宇宙ステーション上でボース=アインシュタイン凝縮実験を開始 | マイナビニュース
https://news.mynavi.jp/article/20180822-682360/

https://i.gzn.jp/img/2018/11/05/fifth-state-of-matter-in-space/00_m.jpg

GIGAZINE
https://gigazine.net/news/20181105-fifth-state-of-matter-in-space/
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引用元: 【物理学】「ボース=アインシュタイン凝縮」極小重力下で原子を「物質の第5の状態」において観察する実験が実施される

「ボース=アインシュタイン凝縮」極小重力下で原子を「物質の第5の状態」において観察する実験が実施されるの続きを読む

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1: 2018/11/27(火) 20:10:46.00 ID:CAP_USER
ドイツにあるマックスプランク・プラズマ物理学研究所(IPP)で開発されている核融合実験炉「ヴェンデルシュタイン7-X」は、核融合発電の実現に向けた実証実験を行っています。そんなヴェンデルシュタイン7-Xは良好な実験結果を残しており、従来の計画通りさらなる改良が加えられることが報じられています。

Successful second round of experiments with Wendelstein 7-X | Max-Planck-Institut für Plasmaphysik
https://www.ipp.mpg.de/4550215/11_18

水素やヘリウムといった軽い原子による核融合反応を用いてエネルギーを発生させる核融合炉は、次世代の発電機構として長らく注目を集めています。太陽をはじめとする恒星が光り輝くのも核融合反応によるものですが、地球上で核融合反応を発生させるためには人工的に極めて高温または高圧の環境を作り出す必要があるとのこと。

そんな核融合反応を発生させる核融合炉・ヴェンデルシュタイン7-Xはヘリカル型と呼ばれる方式を用いたものです。ヘリカル型の核融合炉では、ねじれたコイルを周回させた機構に電流を流して閉じ込め型の磁場を作り出し、その内部に核融合反応によって発生した高温・高密度のプラズマを閉じ込めておくという仕組みになっています。

続きはソースで

https://i.gzn.jp/img/2018/11/27/wendelstein-7-x-next-upgrading/01_m.jpg

GIGAZINE
https://gigazine.net/news/20181127-wendelstein-7-x-next-upgrading/
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引用元: 世界記録を達成した核融合実験炉「ヴェンデルシュタイン7-X」がさらなるアップデートを行う予定[11/27]

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1: 2018/11/29(木) 02:09:27.60 ID:CAP_USER
アクセサリーや工業用品にも使用される金属「金」の融点、つまりは金が固体から液体に変化する温度は「1064度」です。常温では溶けるはずのない金ですが、これを室温で溶かす方法をスウェーデンのチャルマース工科大学の研究者たちが発見しました。

Phys. Rev. Materials 2, 085006 (2018) - Electric-field-controlled reversible order-disorder switching of a metal tip surface
https://journals.aps.org/prmaterials/abstract/10.1103/PhysRevMaterials.2.085006

Scientists Have Figured Out How to Melt Gold at Room Temperature | Digital Trends
https://www.digitaltrends.com/cool-tech/gold-melt-room-temperature/

チャルマース工科大学の物理学者であるルドヴィグ・デ・ヌープ氏らによる研究チームが、室温でも金を溶かせる方法を発見しました。研究チームが発見した金を溶かす方法は、金を四角錐状の形に成型し、これに電場を付加するというもの。金に電場を付加した状態で電子顕微鏡を用いて表面を観察したところ、金の表面から2~3層の原子が融解していることが確認されました。

ヌープ氏は「我々は数層の原子層が溶け、金の原子が多く移動し、規則正しい構造を失っていることを見つけました。この発見はこれまで見つかっていなかった現象であるため、驚くべきものです。また、電場を取り除くことで表面の融解した層を固体に戻すことが可能なことも明らかになっており、これはとても興奮すべき発見です」と語っています。
https://i.gzn.jp/img/2018/11/28/how-melt-gold-room-temperature/s01_m.jpg

実際に電子顕微鏡で四角錐状の金の先っぽが融解している様子を観察。
https://i.gzn.jp/img/2018/11/28/how-melt-gold-room-temperature/s02_m.jpg

続きはソースで

Watch how gold melts at room temperature https://youtu.be/mbKuq1BAfrs



GIGAZINE
https://gigazine.net/news/20181128-how-melt-gold-room-temperature/
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引用元: 【融解】常温で溶けるはずのない「金」を室温でも簡単に溶かす方法が発見される[11/28]

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1: 2018/11/21(水) 15:58:39.36 ID:CAP_USER
アメリカや中国を中心に開発が進む自動運転カーは、安全な運転を可能にすることに加え、機械学習を活用することで道路の渋滞を軽減できるかもしれないという研究結果が発表されました。

Watch just a few self-driving cars stop traffic jams | Science | AAAS
https://www.sciencemag.org/news/2018/11/watch-just-few-self-driving-cars-stop-traffic-jams

自動車を運転しているとたびたび交通渋滞に出くわすことがありますが、事故や工事などが原因で起こっている渋滞がある一方で、まったく原因がわからずに「いつの間にか渋滞が終わってたけど何で渋滞してたの!?」と思ってしまう不思議な渋滞に遭遇したことがある人も多いはず。交通工学の研究により、原因不明とされてきた渋滞は、1台の車が不要なブレーキを踏んでブレーキランプを点灯させることで後ろを走る車もブレーキを踏み、さらにその後ろの車……という風にブレーキが連鎖的に踏まれることで徐々に多くの車がスピードを落とし、最終的には完全にストップしてしまう状況さえも作り出してしまうことがわかっています。

この、後ろ方向に進む「ブレーキの衝撃波」は多くの場合、人間のドライバーによって引き起こされているとのこと。本来であれば必要のないブレーキを操作することがないように、人工知能(AI)に機械学習を行わせて自動運転カーの走り方に反映させる研究が行われています。

研究を率いているのは、カリフォルニア大学バークレー校(UCLA)のEugene Vinitsky氏らの研究チーム。強化学習で走り方をAIに学習させることで、渋滞を引き起こさないスムーズな道路の流れを生み出す研究が行われています。チームでは、渋滞の発生を防止するためのアルゴリズム「FLOW」を開発し、人間のドライバーと組み合わせた走行シミュレーションを行うことで、どの程度渋滞を防止できるかを調査しています。

その一例が次の2本のムービー。ともに円状の道路を22台の自動車が走るというシミュレーションで、最初のムービーでは22人の人間をシミュレートした運転が行われています。最初はスムーズに流れているように見えた道路ですが、次第に一部で車間距離が近づきはじめ、最後には完全に停車してしまう大渋滞へと発展します。

Single-lane ring (0 AVs, 22 human-driven vehicles) - YouTube
https://youtu.be/Lggtw9AOH0A



しかしここに、1台の自動運転カー(AV)を投入すると状況が一変。適度な車間距離を保つ自動運転カーのおかげで集団の「ゆらぎ」が吸収され、無駄な加減速がなくなって渋滞がウソのように発生しなくなりました。

Single-lane ring (1 AV, 21 human-driven vehicles) - YouTube
https://youtu.be/D0lNWWK3s9s



その様子は、道路が八の字に交差するシチュエーションでも同様に起こるとのこと。人間の運転だと、以下のムービーのように交差点で渋滞が発生してしまいますが……

Figure 8 (0 AVs, 14 human-driven vehicles) - YouTube
https://youtu.be/Z6QltFAEDeQ



自動運転カーが入ると、全体がスムーズに流れるようになります。最初の部分で動き出しのタイミングを計っているのも大きな理由だといえそうですが、走り出してからもスピードを絶妙に調節することで交差点での鉢合わせを回避しているのかも。

Figure 8 (1 AV, 13 human-driven vehicles) - YouTube
https://youtu.be/SoA_7fPJEG8



上記のムービーで重要なポイントは、「適切な間隔を空けることで渋滞の発生は抑えられる」というところにあります。車間距離が小さくなると、後続のドライバーはどうしてもブレーキを多く踏むようになります。すると点灯したブレーキランプを見た後続のドライバーがまたブレーキを踏む、という連鎖で渋滞は発生します。

Merge 0% CAV Penetration - YouTube
https://youtu.be/RPBAZH3Z0Sk



Merge 5% CAV Penetration - YouTube
https://youtu.be/r-sBz1VOtp4



Flow
https://flow-project.github.io/index.html

続きはソースで

https://i.gzn.jp/img/2018/11/20/few-self-driving-car-stop-traffic-jam/00_m.jpg

https://gigazine.net/news/20181120-few-self-driving-car-stop-traffic-jam/
ダウンロード


引用元: 数台の自動運転カーが道路上に混ざるだけで交通渋滞が減るという研究[11/20]

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1: 2018/11/08(木) 16:18:49.86 ID:CAP_USER
マサチューセッツ工科大学(MIT)の研究者が新しく公開した研究論文が、地球外知的生命体に対して「人類はここにいるよ」と伝えるためのビーコンとして既存のレーザー技術を使うことを提案しています。

E.T., we’re home | MIT News
https://news.mit.edu/2018/laser-attract-alien-astronomers-study-1105

既存のレーザーを用いて地球外知的生命体に人間の存在を知らせるためのビーコンを出力しようと提案しているのは、MITのジェームズ・クラーク氏。クラーク氏が「フィージビリティ・スタディ(実現可能性の検討)」と呼ぶ研究は、天文学と天体物理学を扱う査読制度付きの学術雑誌アストロフィジカルジャーナルに掲載されています。論文によれば、1~2メガワットの高出力レーザーを有効口径30~45メート級の大型望遠鏡で収束して宇宙空間に放出すると、太陽エネルギーの中でもしっかりと認識できるほど強い赤外線を生成することができるとのことです。

地球外知的生命体に向けて人類の存在をアピールするためのビーコンをレーザーで出力したイメージ


もしもこの論文の通りにレーザーによるビーコンを宇宙に向けて放出した場合、宇宙のどこかに生息しているかもしれない地球外知的生命体の天文学者ならば、天の川を調査する中でこのレーザーを検出することができるかもしれないとのこと。地球から比較的近くに存在する恒星・プロキシマ・ケンタウリを周回する惑星や、地球から39光年離れた位置にあるトラピスト1などは、生命が存在するのに適した環境・ハビタブルゾーンにあるとされています。

これらの場所に仮に地球外知的生命体が存在するとすれば、レーザーを用いて地球から発せられたビーコンを検出することは問題なく可能です。そして、同じシステムを用いることで、何十光年も離れた場所に存在する惑星間で、簡単なメッセージのやり取りも可能になるとクラーク氏は主張しています。クラーク氏によると、「うまく通信のやり取りを行えば、数百bpsというデータレートでメッセージのやり取りが可能になる」とのこと。

論文を発表したクラーク氏は、「これがとても難しいプロジェクトであることは事実だが、実現不可能なプロジェクトではない」と語り、ビーコンは近い将来に開発される可能性の高い技術の組み合わせで実現可能であると主張しています。レーザーを用いたビーコンは、太陽系の周囲に存在する地球外知的生命体に最初に検出されるかどうかは不明ですが、「これが宇宙で大きな注目を集めることは明らか」とのこと。

論文によると、ビーコンは「太陽の赤外線放射の少なくとも10倍以上」を目指して設計されています。クラーク氏は大型の赤外線レーザーと望遠鏡を使ってレーザーの強度を高めることで、地球外知的生命体でも検出できる「宇宙に向けた目立つビーコン」を作り出せると考察。

その後、さまざまな出力のレーザーと望遠鏡の組み合わせを分析した結果、2メガワットの出力のレーザーと有効口径30メートル級の望遠鏡を組み合わせることで、地球から4光年離れたプロキシマ・ケンタウリ周りの惑星からも容易に検出できるほどの赤外線を放出できることが判明します。さらに、1メガワットのレーザーと有効口径45メートル級の望遠鏡を組み合わせることで、地球から約40光年離れた場所にあるトラピスト1からでも検出できる赤外線を放出することも明らかに。加えて、クラーク氏の分析によれば、最大2万光年離れた場所からでも検出可能な赤外線ビーコンを生成することができるそうです。

また、このシステムを地球上に構築する場合、レーザーがなるべく拡散しないように山の頂上などに設置する必要があるとクラーク氏は主張しています。

加えて、クラーク氏はメガワット級の出力を持ったレーザーが安全性に問題を持っていることも理解しています。メガワット級のレーザーは1平方メートルあたり約800ワットの電力密度を必要とし、太陽に近づけばその電力密度は1平方メートルあたり約1300ワットまで上昇します。この赤外線の放出は実際の目で見ることはできませんが、直視すれば視力を損なう可能性もあるとのこと。

そのため、クラーク氏は「確実に無人である、月の遠方にこういった施設を構築するのが安全かもしれない」と語っています。また、「この研究はあくまで『実現可能性の検討』であり、良い考えであろうとなかろうと、将来のための議論となる」としています。

続きはソースで

GIGAZINE
https://gigazine.net/news/20181107-laser-technology-porch-light-earth/
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引用元: 【宇宙】レーザーを用いて地球外生命体に地球の存在を示すビーコンを生成する試み MIT研究論文[11/07]

レーザーを用いて地球外生命体に地球の存在を示すビーコンを生成する試み MIT研究論文 の続きを読む
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