OIST,原子間のカイラル力を計算する方法を発見

沖縄科学技術大学院大学(OIST)は,原子間のカイラル力を計算する方法を発見した(ニュースリリース)。

原子間のカイラル力とは,光ナノファイバーと呼ばれる,直径数十から数百nm程の中空のパイプの近傍に存在する一つの原子が示す力のこと。

原子は正電荷を帯びた原子核とその周囲を異なる軌道で廻る負電荷を帯びた電子群で構成されている。電子の軌道のサイズは,その原子が持つエネルギーの異なる状態を意味し,原子核から電子が離れれば離れるほど,その原子が持つエネルギーは高くなる。原子の電子群が光にさらされると,電子群はより大きな軌道に移行し,その原子を励起状態にする。

ところが,原子の励起状態は長くは続かず,余分なエネルギーはまもなく光の形で放出される。この状態が発生すると,原子は放出された光の粒子からの反動を受ける。ちょうど発射した銃からの反動のように,原子は放射された光粒子から,放出された光の反対方向に押される力を受ける。

通常,原子はランダムな方向に光を放出するため,反動力は数多くの事象を合わせて平均化したものとなる。しかし,電子が光ナノファイバーの近くに置かれると,このような挙動は変化する。

光ナノファイバーは,標準的なシリカ・ナノファイバーを加熱し,薄く伸ばして作製される特殊な材料。実際に最終的な状態では,光が材料の内部を移動するにはあまりにも材料が薄いため,原子によって放出された光は材料の外側の表面に沿って移動する。そして材料表面に近接して配置された原子は,理論上はこの光と相互作用することができる。

今回研究グループが,ナノファイバーに光を投入したところ,他のすべての光とは非常に異なるものとなり,光の波はビーム方向に振動を開始した。このようなことは通常起こらず,この現象は通常と異なる形での原子と光の結合を可能にし,最終的にカイラル力を導くという。

研究グループは,量子レベルの粒子への力を細かく制御することは,例えば,微小な測定量を非常に高い精度で測定できる量子センサーの構築に非常に重要とし,今回の研究を原子物理学と量子光学の分野に応用するだけでなく,量子技術の開発にも今後役立てたいとしている。

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