中国が光子を宇宙へ量子テレポーテーションする事に成功

Posted by moonrainbow on 23.2017 科学   3 comments   0 trackback
中国が 粒子を宇宙にテレポートさせることに成功

宇宙へのテレポート

中国の科学者が史上初めて宇宙へのテレポートに成功したそうです

 実験で行われたのは、光子を地球のはるか上空へ転送するというもの。物体を物理的に上昇させるのではなく、アインシュタインが「不気味な遠隔作用」と述べた量子もつれの奇妙な効果を利用したものです。つまり光子についての情報を宇宙の別のポイントへと転送し、物体の忠実な複製を作り出すのです

長距離間での量子テレポートは史上初

 長距離間でこの効果が実験されたのは史上初ことです。量子もつれは距離による制約を受けないそうです。つまり2つの粒子はとんでもない長距離であっても相互に作用することができます

 したがって、これまで実現不可能だったスピードでネットワークを構築する量子インターネットなど、さまざまな分野での応用が考えられます

 これまで情報を伝達するケーブルや信号の問題で、量子テレポーテーションは短距離においてしか実験されてこなかったのです

 今回は地上から人工衛星への転送実験が行われ、実用化されたテレポーテーションの姿らしきものが示されたのです

 つまり物体を宇宙へ送信し、再び地上へ送り返すのです。ある地点からある地点へと送信するには、この経路が比較的クリアなのだという事です

宇宙へのテレポート1

 「この業績は、世界初となる信頼性の高い超長距離量子テレポーテーション用地上衛星間リンクを確立させる。世界規模で量子インターネットを実現するには必要不可欠なステップである」と論文で論じられています

 実験に使われた衛星は2016年ゴビ砂漠から打ち上げられた中国の通信衛星「墨子」です

China Launches World's First Quantum Satellite


2016年8月に打ち上げられた「墨子」

 地上から光子を宇宙へ送信すると、墨子がそれを捕捉。地上の実験チームは光子を使って地球の上空に浮かぶ衛星と通信できるかどうか実験しました

natureより

2017年07月20日
カラパイアより

新たなる粒子「Ξcc++ 」(「カー・サイ(日本語ではグザイ)・シーシー・プラスプラス」を発見

Posted by moonrainbow on 17.2017 科学   0 comments   0 trackback
大型ハドロン衝突加速器(LHC)で新たなる粒子、”チャーミング”重粒子が発見される

新種の粒子

世界最大の加速器によって発見された新種の粒子は、二重のチャームを持つ存在を示唆しています

 スイス、ジュネーブにあるCERNの大型ハドロン衝突加速器(LHC)で陽子を光速に近い速度で衝突させた結果、Ξcc++(グザイccダブルプラス)が出現しました

xicc-baryon-lhcb.png
Image credit: Daniel Dominguez, CERN.

 2つのいわゆるチャームクォークによって構成される粒子の発見は、粒子物理学の主要な理論である標準モデルの予測の正しさを裏付けるものです

粒子に新顔が仲間入り

 Ξはバリオンという3つのクォークから構成される亜原子粒子です。バリオンで最も有名なのは私たちの周囲にあるものを作り上げる陽子と中性子でしょう

 クォークには6種類あり(フレーバーと呼ばれる)、それぞれをアップ、ダウン、チャーム、ストレンジ、トップ、ボトムです。このフレーバーの組み合わせと数が変わることで、バリオンの質量と電荷が変わります

 Ξは重いのです。欧州原子核研究機構(CERN)によると、チャームクォーク2つとアップクォーク1つで構成されており、3,621ミリオン電子ボルト(MeV。E = mc2を用いてエネルギーを質量に換算できるため、粒子の質量はエネルギーで測る)を持ちます

 ちなみに、陽子はアップクォーク2つとダウンクォーク1つで構成され、938MeVです

 Ξはほんの一瞬しか存在しないため、直接見ることはできません。ゆえにΞの崩壊生成物からその存在が特定されました。つまりΞが崩壊して残すラムダ粒子、3つのK中間子、2つのパイ中間子です

新種の粒子1

ついに発見された粒子

 Ξccの存在は以前から予測されていましたが、その質量が不明で、理論予測が正しいものなのかどうかは分からなかったのです。今回の発見で理論的な正しさが確かめられた形です。2014年に理論的な質量について述べたシカゴ大学のジョナサン・ロズナーが計測した質量は3,627MeVで、理論上の3,621MeVとかなり近いのです

 実は2002年にフェルミ研究所の実験でΞが発見されたかに思われたが、これは予測より100MeVも低い数値でした。仮にLHCでも同様に質量が軽いことが確かめられれば、標準モデルにどこか誤りがあると考えざるをえなかったのです。しかし、今回の発見で、またもや標準モデルは生き延びることができたわけです

新種の粒子2

チャームを持つ存在

 この発見は、2つ重いクォークで構成されるバリオンが実際に存在することも証明しました。これまでの実験では重いクォークを1つ持つ粒子なら確認できたが、2つのものは未発見で、それが存在するかどうか確かなことは不明でした。Ξのようなバリオンは2つのチャームクォークを持つため、”ダブルのチャームを持つ(doubly charmed)”と呼ばれています

 またΞが重い仲間を”軌道”する(クォークは量子力学に従う物体であるため、野球ボールのような位置は持たない。ゆえに厳密には正しい説明ではない)軽いアップクォークを残すことも不思議です。3つのクォークが互いの周囲で凝ったダンスを踊る他のバリオンと対照的に、二重に重いバリオンは恒星系のような挙動をすると予測されます。つまり2つの重いクォークが重い恒星のように互いの周囲を旋回し、軽いクォークがその連星の周りを軌道するといった具合です

 さらに4つの基本相互作用の1つである、強い相互作用についても新しい知見をもたらすことでしょう。これが強い相互作用を説明する量子クロモ力学を解き明かす貴重なツールになるからです

 発見の詳細は『フィジカル・レビュー・レターズ』に投稿されました

:cern より

2017年07月16日
カラパイアより

水素を食べる微生物が地球外に存在する可能性

Posted by moonrainbow on 03.2017 科学   0 comments   0 trackback
地球外微生物の存在可能性を高める放射線分解

エウロパ
木星探査機「ガリレオ」が撮影したエウロパ(提供:NASA/JPL-Caltech/SETI Institute)

太陽系の氷天体を対象とした、放射線分解による水素分子の発生について調べた研究が行われ、水素を食べる微生物が地球外に存在する可能性を高める成果が発表されました

地球上の極限環境中には、水素分子によって生き延びている微生物が発見されています。たとえば、南アフリカの金の採掘場で地下3kmの深さの地下水中に発見されたものや、海底の熱水噴出孔で生き延びるものなどだ。地球外にも水素が発生する環境があれば、同様の微生物が存在する可能性があります。水素は宇宙生物学において注目の物質なのです

水素は海底の岩石と水の間で起こる熱水活動(蛇紋岩化作用)で相当量が生成されるが、放射性元素からの放射線によって水が分解される過程でも生じる。米・テキサス大学サンアントニオ校のAlexis Bouquetさんたちの研究チームはこの放射線分解をモデル化し、土星の衛星「エンケラドス」や木星の衛星「エウロパ」、冥王星やその衛星「カロン」、準惑星「ケレス」に適用しました

その結果、熱水活動と同様に放射線分解でも水素分子が大量に発生する可能性が示されました

「氷天体中にはウラン、カリウム、トリウムといった放射性元素が存在することがわかっています。太陽系内の天体を対象に放射線分解が推定されたのは初めてのことですが、その結果は多くの探査対象の存在を示唆していて、実に興味深いです」(米・サウスウエスト研究所 Danielle Wyrickさん)

放射線分解は、海が存在し生命の存在が考えられる天体において、水素分子の発生とは別の形で生命活動に貢献する可能性もあります。放射線分解で酸素化合物が生成されるからです。酸素化合物は天体の核に存在する鉱物と反応し、微生物の食料となる硫酸塩を作ります

「海が存在する天体の外核部分で起こる放射線分解は、生命維持の基本的な過程かもしれません。水と岩石が混ざったものは、太陽系の外のほうにはどこにでも存在しますから、微生物の存在を許す環境が存在する確率は高まります」(Bouquetさん)。

2017年5月24日
Astro Artsより

微小重力実験で検証された宇宙に金属鉄は少ない

Posted by moonrainbow on 02.2017 科学   0 comments   0 trackback
観測ロケットを用いた微小重力実験から、地上実験の結果とは異なりガス中の鉄同士はくっつきにくいこと、つまり金属鉄は宇宙空間において形成しにくいことが示されました。(JAXA)

観測ロケットS-520-28号機打ち上げの様子
2012年12月17日に行われた観測ロケットS-520-28号機打ち上げの様子(提供:北海道大学/JAXA)

星間空間に存在するダスト(塵)粒子は星・惑星系形成の構成要素となり、星間空間で分子の形成を手助けするなど星間空間の物理・化学過程に重要な役割を果たします。ダスト粒子は様々な元素で構成されており、そのなかでも鉄を含むものは、星間空間で分子の形成を促進する触媒として作用すると考えられています。

ダスト粒子中の鉄の存在形態は金属鉄や酸化鉄など様々で、それぞれ性質が異なります。天の川銀河内の天体に対する観測を用いたこれまでの研究では、鉄が酸化鉄、炭化鉄、硫化鉄として含まれていると考えると、銀河円盤の星間空間に存在するはずの鉄の量に足りないということが示されていました。つまり、それ以外の形態が主要であると示唆されます

北海道大学の木村勇気さんたちの研究チームは、粒子中の鉄が金属鉄として星間空間に存在する可能性を検証するため、微小重力環境で鉄のガスが固体になる実験を行いました。木村さんたちは2012年12月に観測ロケットS-520-28号機を打ち上げ、そこで得られる約8分間の微小重力下(地上重力の約1万分の1)で鉄がガスから固体へと変化する過程に注目しました

取得したデータから核生成(物質の状態が変化するきっかけとなる現象)の温度と濃度を決定し、鉄のガスの冷却率などから鉄同士の付着率(くっつき易さ)を見積もったところ、付着率は0.002%以下と非常に小さかったのです。地上の実験では付着率が1%から100%と見積もられいるが、これと大きく異なる結果です

今回の実験結果は、星間空間では鉄同士はくっつきにくいこと、すなわち金属鉄を作りにくいということを示すものです。ダスト粒子で鉄は金属ではなく、何らかの化合物として含まれているか、もしくは不純物として他の粒子にくっついているのではないかと推測されます。星の中で生成した鉄が冷え固体となる過程や、それがダスト粒子に取り込まれる過程には、多様な分子や化学過程が関係しているのかもしれません

2017年1月25日
Astro Artsより

宇宙旅行での「冬眠装置」で「老化」は防げる?

Posted by moonrainbow on 25.2017 科学   0 comments   0 trackback
現実には、SF映画によく出てくる「冬眠装置」で「老化」を止めることはできない

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写真:映画「パッセンジャー」より

人間が別の惑星に旅行する日も近いかもしれません。しかし、その前に答えて欲しい質問があります。宇宙飛行士が惑星間の移動に費やす時間は、何カ月、いや何年だと思いますか?

2017年3月公開予定の映画『パッセンジャー』では、宇宙船アヴァロン号は5,000人以上の乗客を乗せ、新たな居住地を目指し120年間の旅に出ます。乗客は、出発前にそれぞれ冬眠装置に入り、薬や環境のコントロールによって活動を停止させます。100年以上もの宇宙旅行の時間を、冬眠することによって4カ月ほどにするのです

PASSENGERS - Official "Event" Trailer (In Theaters Wednesday)



現在、人類はこの映画のような惑星間旅行ができるところまで来ていませんが、この映画の冬眠技術は現在の事実を元にしています。NASAは、映画と同じようなプロセスで、宇宙飛行士が人工的に冬眠する装置を開発する会社「SpaceWorks」の研究資金提供を支援しています

NASAには、2030年代に火星に人類を派遣することを目指す「火星旅行」というプロジェクトがあり、SpaceWorksの社長でありCOOであるJohn Bradfordは、その最初のミッションまでには冬眠技術が開発できると考えています

どのように冬眠するのか

このSpaceWorksの人工冬眠というのは、人間の中核体温(内臓などの環境温度に影響されない深部体温)を32度以下にし、寒さに対する体の自然な防御機能(体が震えるなど)を止めるために鎮静状態にします

病院では、患者が外傷を負って心停止のような状態で、血流不足で治療にさらに時間が必要な時に、この「治療的低体温」や「目標温度管理」と呼ばれる処置をします。低体温状態の患者は気絶したような状態で、新陳代謝を落とし、虚血性障害(低血流によっておこる栄養不足や酸欠による組織損傷)のリスクを低くするために、神経を保護する活動をします。体が回復したら、医師は体温を戻し、他の怪我に対処することができます

しかし、患者は通常この状態を数日間しか続けられません。これまでの実験での最長期間は、中国の研究でおこなわれた14日間で、患者にマイナスの副作用が出て、これ以上続けられないことがわかりました。Bradfordは、健康な人体でその期間を延長するために、SpaceWorksは現在のテクノロジーを進化させることができると考えています

おそらく予想以上に、現実は人工冬眠に近づいています。しかし、依然として多くの問題が残っており、実現するには多くの進歩が必要です

映画のように100年以上もの冬眠をするのではなく、乗組員は2週間ほどの冬眠を何度も繰り返すことになるとBradfordは言います。2週間の冬眠の後、乗組員は蘇生し、数日間で回復し、それからまた別の冬眠サイクルに戻ります

弊社の医療チームは、冬眠サイクルに対する1回の冬眠期間により関心があります。回復期間があれば、長期間の冬眠の影響がないように思われるからです

映画では、コンピュータが宇宙船と宇宙船の機能を監視しています。しかし、現実では、最初の試験期間は少なくとも常に1人は起きていて、乗組員とシステムのケアをすることになるだろうとBradfordは言います

しかし、SpaceWorksは、テクノロジーの進化に合わせて、火星までの旅行期間全体に対して、乗組員が冬眠する期間を徐々に伸ばしていきたいと考えています。栄養が詰まった液体の静脈点滴で、乗組員は無意識の状態で生命を維持することができます

映画と違って、SpaceWorksは老化を止めたり、寿命を長引かせることはしません。したがって、映画のように長期間の宇宙旅行をしたら、目的地に着いた時には120歳年を取っていることになります

しかし、技術の進化によって、もっと効率的に長期間の宇宙旅行ができるようになります。SpaceWorksは、乗組員一人あたりに必要な宇宙船のスペースを減らすことに積極的に取り組んでいます

乗組員が冬眠していれば、必要な居住空間や宿泊設備、食料などが少なくて済み、高速移動や、放射線シールドを厚くするような、乗組員を守る技術の開発に注力することができます。「弊社では、人間に必要な食料や消耗品をできるだけ減らし、必要なスペースをできるだけ小さくすることを目的に取り組んでいます」とBradfordは言います。SpaceWorksは、NASAの宇宙船全体の重量を、構造にもよりますが、52~68%まで減らせると考えています

宇宙船が小さくなれば、宇宙旅行もより安価になり、そうすれば現実的に私たちが宇宙旅行に行ける日がさらに近づくということです

ライフハッカーより
2017年1月16日
 

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