物理学者が初の超光子を発明し、全く新しい種類の光源を創出

ボン大学の物理学者たちは、文字通り、まったく新しい観点から物事を見ている。鏡の巧みな利用といくつかの賢い科学により、研究者たちは光子を冷却して「超光子」に凝縮させることで、まったく新しい光源を作り出した。光子でできたいわゆるボーズ・アインシュタイン凝縮は、これまでは不可能だと考えられていた。

「超粒子」はこれまでにも生成されたことがあるが、光から生成されたことはなかった。たとえば、ルビジウム原子をコンパクトな空間で十分低い温度まで下げると、それらはすぐに区別がつかなくなり、単一の粒子のように振る舞うようになる（ボーズ・アインシュタイン凝縮体として知られる）。そして理論上は、これは光子にも当てはまるはずだ。しかし、実際にはそうではない。光子を冷やし始めると、光子は消えてしまうのだ。おそらく予想通り、光はそれほど冷やしにくい。

電球について考えてみましょう。電流を流すと、フィラメントが熱くなり、赤、黄、青とさまざまな色の光を発し始めます。科学者は、この種の光熱を黒体と呼ばれる理論モデルに照らして測定します。黒体とは、ある温度まで加熱するまで暗く、ある温度を超えると温度に応じてさまざまな波長の光を発し始めるというものです (詳細については、以下のソース リンクをクリックしてください)。

黒体が冷却されると、ある時点で可視スペクトルの光を放射しなくなり、代わりに赤外線光子を放出します。そこに光子の問題があります。温度と放射強度が低下すると、光子の数も減少します。冷却しながら光子を一定量に保つことは、光子で構成されるボーズ・アインシュタイン凝縮体を作成する上で根本的な問題を引き起こしました。

光子が散逸しないようにする鍵は、光子を動かし続けることです。ボン大学のチームは、鏡を使って光子を 2 枚の鏡の間で往復させました。光子は、反射面の間に置かれた溶解した顔料分子と時々衝突します。この分子は基本的に光子を吸収し、衝突するたびに光子を吐き出します。しかし、衝突するたびに光子はゆっくりと顔料分子と同じ温度になり、その過程で失われることなく、互いに室温まで冷却されます。

物理学はさておき、この発見はさまざまな理由で素晴らしい。最も注目すべきは、これはまったく新しい種類の光であり、特にチップ製造部門において産業に多大な影響をもたらすということだ。現在、レーザーは紫外線やX線のような非常に短い波長では動作しない。研究者らは、光子ボーズ・アインシュタイン凝縮体を使えば、これが可能になるはずだと述べている。

より短い波長のレーザーでチップをエッチングできないため、シリコン上に回路を設計できる精度が制限されている。より微細なエッチングにより、より高性能なマイクロチップが生まれるが、これはほんの始まりに過ぎない。まったく新しい種類の光を作り出すと、医療用画像診断や実験室の分光法から太陽光発電まで、あらゆる分野に恩恵がもたらされる可能性がある。