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史上初、反物質を使った二重スリット実験が成功！陰と陽の東洋思想的世界観が現実に… 物質ミステリーがアツい！

2019.05.25 12:00

CP対称性の破れ

　現在の技術水準では扱いがきわめて難しい“反物質”を用いた実験が、世界で初めて成功した。反物質である陽電子を使って量子力学の代表的な実験である「二重スリット実験」の成功が確かめられたのだ。

■反物質である陽電子もまた“波”でもあり“粒子”でもある

　東洋思想的には物事には“陽”と“陰”が存在するが、現代物理学の世界でもいわば“陰陽”がある。それは物質と反物質だ。しかしこの反物質は生成させることも難しければ保存しておくことも困難で、実験に用いることはこれまで技術的に不可能に近かった。

　しかし今回、スイス・ベルン大学とイタリア・ミラノ大学をはじめとする合同研究チームが先日「Science Advances」で発表した研究では、反物質を使った物理実験がはじめて成功したことを報告している。

史上初、反物質を使った二重スリット実験が成功！陰と陽の東洋思想的世界観が現実に… 物質ミステリーがアツい！の画像1 — 「Science Alert」の記事より

　物理学のセオリーでは、基本的に反物質もまた物質と同じように振る舞うはずであるとされている。したがって何らかの物質を用いた実験を反物質でも再現できれば、現代物理学の“メンツ”は保たれることになる。そこで研究チームが選んだのは、電子の反物質である陽電子（positron）を用いて、量子物理学の代表的な実験である「二重スリット実験」を再現することであった。

　二重スリット実験は、光子（量子）は“波”であり“粒子”でもあるという二面性を同時に持っていて、その“振る舞い”が“観測”によって変わることを証明する実験である。実験において細長い縦長の隙間（スリット）が空いた板が用いられることからその名がついた。

　もちろん反物質を用いた実験の手はずを整えるのは容易なことではない。研究チームはイタリアの先端的な研究施設である「Laboratory for Nanostructure Epitaxy and Spintronics on Silicon、L-NESS」でタルボロー干渉計（Talbot-Lau interferometer）という機器を使用して実験を行った。光子を使った通常の二重スリット実験よりはもちろん複雑なシステム構成の実験になったが、原理的にはまったく同じ二重スリット実験である。

　200時間を超える実験の結果、研究チームは陽電子もまた“観測”していない時には光子と同じように“波”として振る舞うことを突き止めた。つまり通常の二重スリット実験が反物質である陽電子でも再現されたのである。