光子



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光子の非局所性
2015年、東京大学の古沢明教授らは、アインシュタインが提唱した「光子の非局所性」と呼ぶ現象を実験で確認した。


アインシュタイン自身も“幽霊のような不思議な現象”といい、存在が不明だった。 成果はネイチャー・コミュニケーションズ(電子版)


「光子の非局所性」とは
  • 光の粒である光子を離れた2地点から観測すると、一方で光子を観測した瞬間、離れたもう一方の地点での観測にも変化が現れる様子を指す。
  • 古沢教授らは、500枚以上の鏡を約10ナノbの精度で並べた装置を製作した。光子を1個ずつ送り出して離れた2つの測定装置で観測する実験を10万回以上繰り返した。
  • 光は粒子と波の両方の性質を持ち、今回使用した実験装置は1つの光子を粒子としても波としてもとらえる



 量子テレポテーション
「光の粒である光子に情報を載せて遠く離れた場所に瞬時に移動させる技術が『量子テレポテーション』だ。
理論的には可能性が指摘されていたが、確証を得られずにいた。
そんな技術を世界で初めて実証したのが、ニコン技術開発部の古沢明氏。
1998年10月22日、米カリフォルニア工科大学(カルテック)客員研究員時代の古沢氏の成果をロイター通信やCNNなど主要なマスコミが世界に伝えた。「すごい熱狂ぶりだ」。すでに帰国していた古沢はカルテックのジェフ・キンブル教授からの電子メールを見て「自分がしたことのすごさを再認識した」という。

光子は波の性質を持つ。
テレポテーション はこの波の性質(波動パターン)を情報として送る。98年4月に実験は成功したが、100%確実に成功する条件はまだ分かっていなかった。1ヶ月間、キンブルと不眠不休で実験を繰り返した結果、国際学会発表の当日の朝にようやく条件を見いだすことに成功した。発表後、飲み干したビールは「格別だった」と振り返る。




 パラメトリック下方変換
2007年、理化学研究所の玉作賢治主任研究員らは、1千億の1という確率で起こる光の粒子(光子)の特殊な現象を捉えることに成功した。
観測したのは『パラメトリック下方変換』という現象。

物質中の電子と光子の相互作用により、1つの光子が2つに変換される。X線の波長領域では発生確率が約1/1000憶ときわめて希だ。X線の光子が電子にエネルギーを与えて波長が長くなる『コンプトン散乱』が減少することも発見した。
今回の発見はパラメトリック下方変換が信じられていたよりも、複雑な現象であることを示しているという。










北海道大学の竹内繁樹教授を中心とする国際グループは、状態が連動して変化する「量子もつれ」になった光子対(2個の光子)のうち、特定の連動の仕方をするものだけ通すフィルター回路を開発し、動作を確認した。
成果は2009年1/23のサイエンスに掲載
同時に生まれた双子の光子は、何万光年離れても、一方の偏光などを変化させると、他方も連動して変化する「量子もつれ」になることが知られている。
連動の仕方は無数にあるが、開発した光回路にこの光子対を入れると、「一方を縦偏光にすると他方の縦になる」など、特定の連動の仕方をする光子対だけが出てくる。




1個
2009年、大阪大学の横田一広三・大学院生、と井元信之教授らは、
  • 光の粒である光子が「マイナス1個」存在する。
という不思議な現象を観測した。

量子力学の常識を越える現象で、2002年に著明な物理学者であるアハラノフ博士が予言していた。
成果は英独仏共同発行の電子学術誌「ニュー・ジャーナル・オブ・フィジクス」に発表。
英経済誌「エコノミスト」にも掲載







2018年、東京大学の中村泰信教授と東京医科歯科大学の越野和輝教授らのチーム。
量子素子を使い、エネルギーの小さいマイクロ波粒子を1個ずつ検出技術を開発した。

従来の手法では光子を壊さないと検出できなかった。
開発した手法では、光子の有無を情報に置き換えるため、壊さないですむ。

微細な超伝導回路で作った量子素子を共振器の中に入れた。
外からマイクロ波の光子が入ってきて共振器の中で反射すると、量子素子と相互作用する。
量子素子の重ね合わせ状態が変化し、この変化を読み取ることで光子の有無を判定する。












    
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