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【物理】質量ゼロの新しいディラック電子をタングステン表面上に新発見 超高速コンピューターも-広島大

1:依頼27-229@pureφ ★:2012/02/05(日) 09:49:07.36 ID:???
広島大、質量ゼロ電子を新発見 超高速コンピューターも

 特殊な絶縁体の表面などに存在することが知られている質量ゼロの電子の一種として、
新しい性質を持つ電子を発見したと、広島大チームが1日、発表した。将来の超高速コン
ピューターの開発などが期待できるといい、近く米物理学会誌に掲載される。

 チームは、電気抵抗が大きく、電球のフィラメントなどに使われる金属タングステンに着目。
表面を動く電子の速度やエネルギーなどの性質を詳しく調べ、質量を持たない電子を発見した。

 質量があり金属の内部を自由に動く電子と比べ、質量を持たない電子は高速で移動
できるため、計算速度の早いコンピューターなどにつながる可能性がある。

共同通信 2012/02/01 19:54
http://www.47news.jp/CN/201202/CN2012020101002077.html

[研究成果]質量ゼロの電子を新たに発見~タングステンの表面電子の運動状態を解明~



記者会見の様子

広島大学放射光科学研究センターの宮本幸治助教と大学院理学研究科の木村昭夫
准教授は、タングステン表面上に質量ゼロの新しいディラック電子を発見した研究成果を、
平成24年2月1日(水)、広島大学東京オフィスで記者発表しました。

古くから電球のフィラメントなど身近な材料として使われているタングステンの表面電子の
奇妙な動きに目を付け、本学の放射光科学研究センターの高輝度シンクロトロン放射
光と、角度分解光電子分光装置を使いタングステンの表面に重さがゼロの電子を発見
しました。これは次世代の大容量超低消費電力デバイスの開発に、大きな広がりと新たな
展開を与えるものと期待されます。

本研究は、ミュンスター大学物理学研究所(ドイツ)との共同研究で行われ、研究内容は、
米国科学雑誌「フィジカル・レビュー・レターズ(Physical Review Letters)に掲載される
予定です。

広島大学お知らせ 2012年2月2日
http://www.hiroshima-u.ac.jp/news/show/id/13139
http://www.hiroshima-u.ac.jp/upload/0/news_events/2011nendo/20120201_miyamoto/shiryo.pdf

Spin-polarized Dirac-cone-like surface state with d character at W(110)
K. Miyamoto, A. Kimura, K. Kuroda, T. Okuda, K. Shimada, H. Namatame, M. Taniguchi, and M. Donath
Accepted Friday Dec 23, 2011
http://prl.aps.org/accepted

関連ニュース
【物理】トポロジカル絶縁体で光速の300分の1程度の超高速で動く「ディラック電子」生成率100%近く 山形大が新手法
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1320899975/-100
2:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 09:53:29.40 ID:yd0PsRvS
これで妄想が現実になるな
8:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 10:06:52.48 ID:yAXCxcU6
質量がないのに存在するとはどういうこと?
光も質量はない?
37:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 11:30:34.70 ID:C/adBT6+
>>8
エネルギーに質量はないよ。
ただ、エネルギーを質量に変換することはできるけど。
粒子を加速して高エネルギーを与えて粒子同士をぶつけて
高エネルギーから新たな物質(粒子)を作るのはよく行われてるよね。
9:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 10:09:15.66 ID:P0zTmZ4K
わけ分からんが、すごいことなんだろな

15:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 10:31:35.40 ID:f8mz76pf
「質量ゼロのように振る舞う電子の性質」であるだけかもしれない。それなら新発見でもなんでもなくて、今普通に我々が電気製品で使っているのだが。
19:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 10:43:59.53 ID:X6z24N6h
結果として質量を持たせないといけなくなる
けど現状より超高速、いや高速ゆえに処理能力の高いものを求めることができる可能性は十分ある
23:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 10:54:39.05 ID:uCSY6xZr
光速の300分の1か・・・
そんなに速くない気がするんだけど
41:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 11:59:36.85 ID:cdpPFF7O
すごいと言えばすごいけど、これは、電子の波動関数が、相互作用の結果
「有効質量0のディラック方程式に(近似的に)従う」というだけのこと。
別に実際の電子が光速で移動できる訳ではないんだよ。

エネルギー E と運動量 p の関係は、通常は
E=p^2/2m + (ポテンシャル) (A^2≡AxAとする)と2次関数で書けるけど、
今回の物質の表面では
E= vp + (ポテンシャル) (vは速度の次元を持つ係数)
と1次関数で書ける。
これは質量0の相対論的粒子、例えば光などの
E= cp    (cは光速)
と「同じ関数形」と主張しているだけのこと。
44:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 12:06:56.37 ID:q/Earqew
>>41

じゃ、実際に質量ゼロの電子があるわけでも、光速で電子が移動しているわけでもないんだな。
それじゃ、超高速コンピュータなんかには使えないのじゃないか?
47:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 12:17:58.86 ID:cdpPFF7O
>>44
光速で電子が移動しているわけではないので、この辺りのキャッチフレーズは不誠実だと思う。
ただ、デバイスへの応用として優れているのは確か。
ただしその理由は光速で移動からというのではなく、安定な情報が伝達可能だから。
(テープをのばして1回ねじると「ねじれ」ができる。
その「ねじれ」は移動するけど消滅しない。それと類似の原理で安定な情報が伝達できる。)
49:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 12:24:56.44 ID:31aj7T3m
「電子」という粒子が光速で動かなくても
情報を伝える「電子のようなもの」が光速で伝わるなら
応用上何の問題もない。
52:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 12:30:48.88 ID:cdpPFF7O
>>49
「電子のようなもの」の情報は残念ながら光速では伝わらない。
(そもそも光速にこだわるなら、もっと身近な「光」を使えばいい!)
情報の安定な制御こそが鍵。
58:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 12:45:05.43 ID:31aj7T3m
>>52
あれ? ディラック電子の速度って光速じゃなかったっけ?
固体物理なんて久しくやってないもんで…
65:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 13:43:33.33 ID:cdpPFF7O
>>58
>ディラック電子の速度って光速じゃなかったっけ?
ディラック電子だって質量があれば光速にはならない。
(しかもそれは固体物理ではなく、相対論的量子力学の範疇だ。)

今回の場合は、関数形の類似(エネルギー E と運動量 p の1次関数的対応)
だけで、その前の係数にあたる v≡E/p は光速にはなっていない。
96:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 20:20:06.36 ID:cdpPFF7O
>>58で
>あれ? ディラック電子の速度って光速じゃなかったっけ?
>固体物理なんて久しくやってないもんで…
とか書いてあったんで何か色々と誤解しているのかなと思ったので。

通常のディラック方程式のハミルトニアンは、
H=αcp+βmc^2 (p:運動量、m:質量、αとβは定行列)
で、今回の場合のハミルトニアンは
H=vαp  (v:速度の次元をもつ係数で、v < c)
つまり、ディラック方程式の m=0 に対応するけれど、
係数 v (< c) のために、この電子の速度は光速にはならない。
59:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 12:47:13.07 ID:vXNAfNU4
東大や京大の天才の中で、素粒子物理学がはやった世代が助教になると、やっぱりスゴイ発見が次々と出るなあ。
67:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 14:01:02.18 ID:cdpPFF7O
>>59
今回の研究はここ30年くらいの素粒子物理とはあまり関係が無い。
むしろ相対論的量子力学の基本的な概念や数理物理との関係が深い。
ディラック方程式は1920年代の研究で、その頃は素粒子論という分野自身が明確にはなかった。
日本での素粒子論の全盛期は1970年代までで、小林・益川理論が傑出した最後の業績。
1980年代以降、素粒子論は超弦理論によって良くも悪しくも「現実的な物理」とは大きく遊離してしまった。
一方、素粒子実験の方では、ニュートリノ関連などに傑出した研究が多数出ているのはご存じの通り。
106:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 21:14:11.84 ID:tOcHgejL
>>67
解説㌧
91:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 20:00:24.99 ID:Ui2ppnDw
ヒッグス機構の簡単な説明をヨロシク
100:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 20:42:09.80 ID:cdpPFF7O
>>91
ヒッグス機構は、ゲージ対称性が自発的に破れて、ゲージ場が質量を獲得する現象。
簡単に説明するのは難しいけど、要は力を伝える光などが有効質量を有してしまうこと。
方程式で書くと □A=0 が (□+m^2)A=0 になる。
(A_μ は 光の場、m は質量、ここでは c=1という自然単位系でランダウ・ゲージを取る)
この方程式の変化に応じて、光の場 A が超伝導中では exp(-mx) のように
指数関数的に減少し、磁場が超伝導体から排除される(マイスナー効果)とか
色々と不思議な現象が起こる。
105:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 21:11:42.16 ID:+BHogfrO
>>100
一般人は□なんぞ知らない
95:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 20:19:21.05 ID:Ui2ppnDw
あと、超伝導ってヒッグス機構がオフになった状態?
97:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 20:23:23.33 ID:cdpPFF7O
>>95
超伝導はヒッグス機構がオンになった状態。
この場合、位相に関するゲージ対称性が自発的に破れて光が有効質量を持つ。
98:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 20:34:39.59 ID:c++Rf/6C
ID:cdpPFF7O は数少ない高学歴2ちゃんねらーか?
101:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 20:57:37.07 ID:cdpPFF7O
結構、学歴が取りざたされているのでコメントをします。
物理をするのに学歴は必ずしも必要ではありません。
ただ、東大、京大を合格した人でも、学部では相当な努力して
希望通りの大学院に入るのは一部だけです。
そしてその優秀な人たちが大学院では文字通り必死になって研究し、
修士論文、原著論文、博士論文を執筆し、分野によっては、
オーバードクター10年はざらです。つまり、その長い過程を斟酌すると
東大とか京大とかは、別に大したことではないのです。
それだけに「面白い!一生をかけるぞ」と情熱を注げる人でないと難しいかも知れません。
面白いんですけどね。
102:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 20:58:46.78 ID:cdpPFF7O
なんか場違いっぽいのでもう去りますね。
104:名無しのひみつ:2012/02/05(日) 21:09:16.47 ID:Ui2ppnDw
なるほど わからんw
ヒッグス場とヒッグス粒子とかもあるし、光場とヒッグス場は並存しつつ違うものなんだろうけど。
>質量を獲得する現象
例えば自転車でスムーズに直進(左右対称)してるときを質量がない状態として、次に円運動(左右非対称)をすると
遠心力のような力を受けるー>質量発生みたいな感じかなとしか思いつかん。 すいません
引用元 http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1328402947/

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