理系にゅーす

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真空

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1: 2016/11/29(火) 08:48:56.95 ID:CAP_USER9
真空中を伝わる光の速度は299,792,458m/s(毎秒約30万km)で常に一定であるとする「光速度不変の原理」。これは、アインシュタインの相対性理論など現代の物理学を支えている屋台骨のひとつだ。しかし、科学者のなかには、この根本原理を疑問視し、「遠い昔、宇宙の初期段階では、光速が現在よりもずっと速かったのではないか」と考えている者もいる。約137億年前とされる宇宙誕生から現在に至るまで、光の速度が常に一定だったとすると、宇宙について得られている観測事実をうまく説明できない問題があるためである。

ここまでは宇宙論のなかの仮説のひとつに過ぎないが、インペリアル・カレッジ・ロンドン(ICL)などの研究グループはこのほど、光速度変動仮説の真偽を実験観測によって確かめることを可能にする、ある具体的な理論予測数値を発表した。研究論文は物理学誌「Physical Review D」に掲載された。

その理論予測とは、もしも初期宇宙の光速度が現在よりも速かった場合、宇宙マイクロ波背景放射(CMB)のスペクトル指数が厳密に「0.96478」という値をとることになる、というものだ。CMBはビッグバンから間もない初期宇宙から発せられたと考えられている微弱な電磁波。またスペクトル指数とは、スペクトル図を対数表示して直線化したときの傾きの大きさであり、これまでのCMB観測によって約0.968とされている。測定誤差があることを考慮すれば、この観測値と今回の理論予測値はかなり近いと言える。

スペクトル指数については近年、CMBの観測技術向上によって、より精密な値が得られるようになってきている。このため、光速度変動仮説に基づく理論予測値が観測値と一致するのか、それとも観測事実に合わないとして否定されるのか、いずれにせよ近い将来はっきりと真偽を検証できる可能性が出てきたことになる。

研究グループのJoao Magueijo教授は「光の速度が変動する可能性があるというアイデアは、提唱された当初ラディカルなものだったが、数値予測が伴ったことにより、今では物理学者が実際に検証可能なものになった」と話す。今後、CMBの観測値が今回の予測値に一致すると判明した場合、アインシュタインの重力理論(一般相対性理論)の修正につながる可能性がある。

続きはソースで

http://news.mynavi.jp/news/2016/11/29/058/
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引用元: 【宇宙】遠い昔、光は今より速かった? 光速度不変の原理を覆す仮説を検証 ©2ch.net

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1: 2016/09/29(木) 21:52:53.83 ID:CAP_USER
【プレスリリース】宇宙空間の分子が放つ新しい発光現象 孤立分子の『再帰蛍光』を初めて観測 - 日本の研究.com
https://research-er.jp/articles/view/50440
https://research-er.jp/img/article/20160926/20160926172907.jpg


首都大学東京、理化学研究所、イエテボリ大学からなる研究グループは、宇宙空間のような真空中に孤立した分子に起きる「再帰蛍光」という発光現象を初めて観測しました。この再帰蛍光は、分子自身の振動エネルギーによって分子内の電子が励起されることで起きるもので、分子発光の基礎過程として30年以上前からその存在が予言されていましたが、孤立した環境に分子を閉じ込めるという実験の困難さから、これまで実際に再帰蛍光と明確に識別できる現象は見出されていませんでした。

今回、研究グループは首都大学東京に設置された静電型イオン蓄積リングという装置を用いて、炭素原子が直線状に6個結合してできた分子負イオンC6-を閉じ込め、そこから放出される再帰蛍光を検出することに成功しました。今回の発見は、物質の熱運動の1つである分子振動運動と分子内に存在する電子の間でのエネルギー変換に関する基礎学術上の重要な成果であるだけでなく、宇宙空間に存在する分子に新しい発光過程が存在することの確たる証拠としても大きな意味を持ちます。

本研究成果は、9月23日付けでアメリカ物理学会が発行する英文誌 Physical Review Letters に発表されました。本研究の一部は、学術振興会科学研究費補助金(No. 26220607)の支援を受けて行われました。

続きはソースで

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引用元: 【物質化学】宇宙空間の分子が放つ新しい発光現象 孤立分子の『再帰蛍光』を初めて観測 [無断転載禁止]©2ch.net

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1: 2015/09/02(水) 12:37:29.03 ID:???.net
1,000兆分の1秒の時間遅延を観測 | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2015/20150901_4/

画像
http://www.riken.jp/~/media/riken/pr/press/2015/20150901_4/fig1.jpg
図1 実験の模式図
真空チェンバー中に噴射した水素ガス分子(①)にアト秒パルス列を集光照射すると、電子が1つ外れて水素分子イオンとなる(②)。この瞬間に水素分子イオンの振動が開始するので、振動がしばらく続いた後(③)、2度目のアト秒パルス列を集光照射する。水素分子イオンは2度目の集光照射で水素原子と水素イオンに解離する(④)。2度目のアト秒パルス列の集光照射時刻を掃引しながら水素分子イオンの運動エネルギー分布を記録した(図2)。

http://www.riken.jp/~/media/riken/pr/press/2015/20150901_4/fig2.jpg
図2 水素分子イオンの振動波束を観測した2次元スペクトログラム
2つのアト秒パルス列の間の遅延時間(横軸)を掃引しながら水素イオンの運動エネルギー(縦軸)を測定したもの。カラースケールは測定したイオン強度を表す。

http://www.riken.jp/~/media/riken/pr/press/2015/20150901_4/fig3.jpg
図3 各振動準位の波動関数の位相(下図)と群遅延(上図)
水素分子イオンの振動波束を観察した2次元スペクトログラム(図2)にNW-FROGを適用して得られた各振動準位の波動関数の位相(下図の●)と群遅延(上図の●)。○はイオン化の
理論モデルから計算した値。


要旨

理化学研究所(理研)光量子工学研究領域アト秒科学研究チームの鍋川康夫専任研究員、古川裕介客員研究員、緑川克美チームリーダーらの研究チーム※は、3,000兆分の1秒という短い時間幅のパルスが並んだ「アト秒パルス列 [1]」という特殊な光で水素分子をイオン化すると、分子振動波束[2]の生成過程(水素分子イオンが振動を始めるための準備時間)が、従来考えられていた時間よりはるかに長いことを発見しました。これにより、使用するパルスによって準備時間を制御可能なことを示しました。

水素分子は2つの陽子と2つの電子で構成される構造が最も簡単な分子です。水素分子にパルス光を照射すると瞬間的にイオン化し、2つの陽子の結びつきが弱まって、水素分子イオン(陽子)は振動を始めます。水素分子イオンの振動は複数個の波動関数を足しあわせて得られる「波束」で表されます。これまで水素分子イオンが振動を始める前の波束は、イオン化に伴い1,000兆分の0.1秒より短い時間で瞬間的に形成されるのが当然とされ、計測した例はありませんでした。

研究チームはアト秒パルス列を2つのビームに分け、片方のアト秒パルス列がもう片方のアト秒パルス列よりわずかに遅れてターゲットの水素分子に到達する光学装置を開発し、2つのアト秒パルス列の照射によって生じた水素イオン(陽子)の運動エネルギー分布を測定しました。その結果、水素イオンの波束を形成する各波動関数の複素振幅[3]の位相が束縛エネルギー[4]に対して変調を受けることが分かりました。この変調は、一部の波動関数が他の波動関数よりも1,000兆分の1秒程度遅れて生じているためと考えられました。研究チームの提唱するモデル計算では、この遅れの原因はアト秒パルス列のスペクトル構造にあると想定でき、イオン化の過程をアト秒パルス列で制御できる可能性が示されました。

分子運動の光制御では分子中の電子を光「励起」することが重要な役割を果たしますが、励起よりもはるかに早く応答する「イオン化」が新たな超高速光制御技術をもたらすかも知れません。

本研究は、文部科学省最先端の光の創成を目指したネットワーク拠点プログラム受託事業「先端光量子科学アライアンス」の一環として行われ、英国のオンライン科学雑誌『Nature Communications』
(9月1日付け)に掲載されます。

続きはソースで

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引用元: 【量子工学】1,000兆分の1秒の時間遅延を観測 水素分子イオン振動開始のための準備時間を制御できる可能性 理研

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1: 2015/04/05(日) 11:57:40.94 ID:???*.net
英ヨーク大学の研究者チームが発見したのは、恒星のプラズマのなかで、音の放出に非常によく似た物理的メカニズムが生じることだった。つまり星は「歌う」、ということだ。

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どうやら、星も音を発しているようだ。

当然のことながら、厳密に言うなら、わたしたちが地上で耳にしているものではない。というのも、宇宙は真空だからだ(音波が伝播するには媒体が必要だ)。しかし、物理学的観点からすると、「音」と非常によく似た何かが存在する。

発見したのは、英ヨーク大学の研究者チームだ。「Physical Rewiew Letters」で発表されたばかりの研究によると、彼らは、実験室でプラズマに向けて超強度レーザーを照射したところ、「音波が放出されている」ことに気付いた。

特にレーザー光が衝突した後の1兆分の1秒において、プラズマは高密度の領域からより密度の低い領域へと急速に流れ蓄積されて(「まるで都市の道路の交通のように」と研究者たちは説明している)、圧力の衝撃(つまり、音波)が生じるのが観察された。

続きはソースで

画像
http://image.news.livedoor.com/newsimage/b/f/bf2fc_126_shutterstock_213274165.jpg

http://news.livedoor.com/lite/article_detail/9967290/

引用元: 【宇宙】星は歌う、という研究結果 恒星のプラズマ中に音波の放出を発見

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1: 2015/01/27(火) 23:46:26.03 ID:???.net
掲載日:2015年1月27日

 グラスゴー大学などの研究者チームが、自由空間(物質が存在しない空間)を移動する光を減速させることに初めて成功した。これまで、真空中の光の速度は、一定不変の物理的尺度とされてきたが、今回の結果は
その前提を覆すものだ。

 研究チームは、光子(フォトン)を液晶マスク(liquid-crystal mask)装置に通して形状を変化させ、形状が変化していない光子と速さを競わせる実験を行った。その結果、形状が変化したほうの光子は、1mの移動距離において最大20波長分の遅れが観測された。これは、光が自由空間において減速しうることを示す初めての実験結果だ。

 自由空間中の光の速度は、秒速2億9,979万2,458mであり、この速度は一定不変とこれまで考えられていた。光は、水やガラスの中を通過する間は減速するが、通過した後は再び光速に戻る。しかし今回の実験では、光子はマスクを通過した後も、やや減速した状態を維持した。

 グラスゴー大学の光学研究グループに属するマイルズ・パジェット教授が指揮し、エディンバラにあるヘリオット・ワット大学と共同で実施された今回の研究は、『Science』誌のオンライン先行掲載版「Science Express」に発表された。

 研究チームは今回の実験について説明するのに、光ビームのふるまいを、自転車レースの集団の走りにたとえている。
光は、「粒子」と「波」の両方の性質を併せもつため、個々の光子の形状を「波」として変化させる一方、ふたつの光子の移動速度を「粒子」として競わせることが可能だ。

 自転車レースの集団は、全体としては一定速度で移動していても、個々の選手は集団内での順位を入れ替えつつ、各自異なるスピードで走っている。同じことが光にも当てはまり、1本の光ビームは複数の異なる速度で構成されている。

続きはソースで

<画像>
image from Shuttersock
http://wired.jp/wp-content/uploads/2015/01/shutterstock_165977129.jpg

<参照>
BBC News - Scientists slow the speed of light
http://www.bbc.com/news/uk-scotland-glasgow-west-30944584

University of Glasgow :: University news
http://www.gla.ac.uk/news/headline_388852_en.html

Spatially structured photons that travel in free space slower than the speed of light
http://www.sciencemag.org/content/early/2015/01/21/science.aaa3035

<記事掲載元>
http://wired.jp/2015/01/27/speed-of-light-slowed/

引用元: 【光学】自由空間において光の速度は一定でないことが、初めて証明される

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1: 2015/01/11(日) 19:42:55.22 ID:???.net
2015年1月9日ニュース「プラズマ流のせき止めをLHDで発見」 | SciencePortal
http://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/2015/01/20150109_02.html


高温のプラズマの流れをせき止める新しい仕組みを、核融合科学研究所(岐阜県土岐市)の居田克巳(いだ かつみ)教授らが世界最大の大型ヘリカル装置(LHD)の実験で初めて発見した。将来の核融合のプラズマを制御する際の重要な新知見といえる。九州大学応用力学研究所の稲垣滋(いながき しげる)教授との共同研究で、1月8日付の英オンライン科学誌ネイチャーコミュニケーションズに発表した。

核融合発電を目指して、プラズマを閉じ込める研究が世界中で行われている。LHD(高さ9.1m、直径13.5m)もそのひとつだ。1998年に完成して毎年実験を積み重ねて、短時間低密度だが、プラズマを9400万度まで加熱し、核融合の実現に必要とされる温度の1億2000万度に迫っている。プラズマの中心温度が上がるにつれ、プラズマに乱れが生じる。乱れが発達すると、プラズマに流れが発生し、乱れと流れが共存する。乱れはプラズマをかき混ぜて中心温度を下げ、流れは乱れの渦をすりつぶして中心温度を上げる。核融合炉ではプラズマの流れを維持することが鍵を握る。また、天体ではプラズマ流の強弱がその命運に関わってくる。

研究グループは、プラズマの流れを精度よく計測する分光手法を開発して、2012・2013年のLHDの運転中に実験した。LHDは、らせん状にねじれる内部空間を真空にして水素ガスを注入し、外部から強力な電磁波と高速の水素原子の加熱ビームで高温の水素プラズマを作りだす。2本の加熱ビームの向きを入れ替えて磁場のねじれを弱くすると、プラズマを取り囲むらせん状の磁気面が壊れる。こうした磁気面のストキャスティック化のときのプラズマの流れへの影響を詳しく測定した。

続きはソースで

http://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/img/150109_img2_w500.jpg
図. 磁気面の破壊によるプラズマ流のせき止めの概念図。入れ子状の磁気面が形成されている時にはプラズマ中心部付近に大きな流れが形
成され、端に向かって流れの大きな勾配をもっている(左図)。しかし、 磁気面が壊れてストキャスティック化を起こした後では、プラズマ中心部
の大きな流れは止まってしまい、流れの勾配もなくなってしまう(右図)。
(提供:核融合科学研究所)

引用元: 【電磁気学/核技術】プラズマ流のせき止めをLHDで発見 核融合のプラズマ制御のための新知見

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