米ライス大学に所属する研究者らが発表した論文「Particle exchange statistics beyond fermions and bosons」は、「パラ粒子」（Paraparticles）と呼ばれる新種の粒子が存在する可能性を示した研究報告である。 keyboard_arrow_down 研究背景：観測できないとされてきた“第3の粒子” keyboard_arrow_down 研究内容：第二量子化の定式化 宇宙のすべての基本粒子は、フェルミ粒子（Fermion）とボース粒子（Boson）という2つのグループのいずれかに分類されるというのが、これまでの定説であった。 フェルミ粒子とボース粒子の違いは、2つの同じ粒子を入れ替えたときの性質の変化にある。ボース粒子である光子を入れ替えても、その性質を表す量子波動関数は変化しない。一方、フェルミ粒子である電子を入れ替えると、波動関数

X（旧Twitter）で、物理に真剣に向き合おうとする学生からの興味深い質問を見つけました。それは「速度には光速という限界があるけれど、加速度には限界がないのか？」というものです。 相対性理論によれば、物体の速度は光速度ｃを超えることができないことがよく知られています。この制限は、速度のｘ成分、ｙ成分、ｚ成分のいずれにも適用され、そして速度の大きさ自体もｃを超えることはありません。 では、速度ではなく「加速度」についてはどうでしょうか？加速度にも上限が存在するのかという問いは、物理学の最先端の観点から見ても非常に意義のある問題です。 この加速度の問題を考える上で、便利な「次元」という概念をまず説明します。物理学では、さまざまな物理量が「次元」という特性を持っています。この次元は、空間の自由度を表す幾何学的な次元とは異なり、物理量の性質を示すものです。たとえば、ある物体の「長さ」という量は、

京都大学 東京大学 大阪大学 科学技術振興機構（JST） 概要 京都大学大学院理学研究科の幸坂祐生 教授、芥川聖 同修士課程学生（2023年3月卒業）、大間知秀祐 同修士課程学生（2024年3月卒業）、岩道悠希 同修士課程学生、小野孝浩 同修士課程学生（2022年3月卒業）、田中伊蕗 同修士課程学生（2023年3月卒業）、立石将太郎 同修士課程学生（2024年3月卒業）、村山陽奈子 同博士後期課程学生（2022年3月卒業、現九州大学助教）、末次祥大 同助教、寺嶋孝仁 同教授（現研究員）、浅場智也 同特定准教授、笠原裕一 同准教授（現九州大学教授）、松田祐司 同教授、東京大学大学院新領域創成科学研究科の橋本顕一郎 准教授、芝内孝禎 同教授、大阪大学大学院基礎工学研究科の高橋雅大 博士後期課程学生、ニコラエフ・セルゲイ 同特任助教（常勤）、水島健 同准教授、藤本聡 同教授らの研究グループは、キ

このコーナーでは、2014年から先端テクノロジーの研究を論文単位で記事にしているWebメディア「Seamless」（シームレス）を主宰する山下裕毅氏が執筆。新規性の高い科学論文を山下氏がピックアップし、解説する。 X： ＠shiropen2 米メリーランド大学と米ロチェスター大学に所属する研究者らが発表した論文「Non-Abelian Transport Distinguishes Three Usually Equivalent Notions of Entropy Production」は、量子系において、従来同等と考えれてきた3つのエントロピー増大の計算式が異なる結果を示すことを証明した研究報告である。 （関連記事：“エントロピー増大”を永遠に回避できる？　量子系が示す新たな数学的証明、米コロラド大学が報告） 水に浮かぶ氷が溶ける過程では、氷と水の間で熱が交換され、無秩序さが増大する

物理学は基本的には自然科学の分野ですが、物理学の手法とツールはさまざまに応用可能で、社会物理学や経済物理学などの分野が発展しています。同じように物理学の手法を言語の分析や分類などに応用した言語物理学について、世界最大の物理学会の1つであるInstitute of Physics(IOP)の会員誌であるPhysics Worldが、日本語における「悪口」の広まりなどを例に挙げて解説しています。 The physics of languages – Physics World https://physicsworld.com/a/the-physics-of-languages/ 物理学を他の分野に適用する手法はさまざまな分野で浸透していますが、社会物理学や経済物理学と比べて、言語学への物理学の応用はあまり浸透していません。言語は、生物種と同じように広がり、進化し、競争し、絶滅していく性質があ

疑問：どうして時間は前にしか進まないの？ 時間をさかのぼることができないとしたら、当然こう思うだろう。「どうして時間は前にしか進まないんだろう？」 時間が前に進まなかったらおかしいだろう。 料理をオーブンに入れると材料に戻ったり、暑い日にコップに入れたジュースの中で氷ができたり、食べてしまったガールスカウトのクッキーが口から出てきたり。 どれも前に進むのは見慣れているけれど、逆に進んでいるのを見たら薬の量を減らしたほうがいい。 また、過去に起こったことを思い出すのはできるけれど、未来に起こることを思い出すのは無理だ。 時間には好きな方向というのがあるみたいだけれど、それがどうしてなのかは、ぜんぜんわからない。 どうして時間は前にしか進まないんだろう？ この基本的な疑問に、物理学者は昔から頭を悩ませている。そもそも「時間が前に進む」ってどういう意味だろう？ 時間が反対に進んでいる宇宙に住む科

ニュートンの「第一法則」は間違って解釈されているなぜ誰も気付かなかったのでしょうか？ / Credit:Canva . ナゾロジー編集部ニュートンの運動法則は、古典物理学の基礎を築いた、重要な法則です。 ニュートン以前にも物体の運動についてはガリレオやデカルトなどによって言及されていましたが、ニュートンによってはじめて基本法則としてまとめられました。 ニュートンが考えたのは、この世のすべての運動は、物体に加わる力の合計によって説明できるというものでした。 そして、私たちが中学や高校のときに習うニュートンの第一法則では一般に 「力が働いていない物体は、静止しているか直線運動を続ける」 と解釈されています。 宇宙空間にボールが存在する場合、なにがしかの外力を加えなければボールは静止したままであり、ボールが一定の速度で飛んでいる場合も、外部からの力がなければ永遠にそのままの速度で飛び続けます。

フェルミ研究所で2018年に始まった「ミューオンg-2」実験では、写真のリング状の装置「g-2蓄積リング磁石」の中で、光速に近いスピードでミューオンを周回させる。Fermilab ミューオン（ミュー粒子）と呼ばれる素粒子の歳差運動（首振り運動）は、物理学の標準理論では説明がつかない。その奇妙な挙動は、自然界に存在する第五の力、あるいは未知の次元の証拠かもしれない。科学者は2001年、2021年、そして2023年にこの現象を観察した。ただの偶然ではない可能性が高い。ある素粒子が予想外の挙動をとるさらなる証拠を、アメリカのフェルミ国立加速器研究所の物理学者チームが発見した。そうした予想外の挙動は、自然界に未知の第五の力が存在することを示している可能性がある。 現在、自然界には四つの力が存在することが知られている。重力、電磁気力、強い力、弱い力だ。この四つの力は、宇宙の仕組みを説明する手がかりに

近年の初期宇宙の観測により、誕生から数億年後の宇宙にはすでに大規模な銀河や銀河団が存在していたことがわかってきたものの、銀河がそこまで進化するには時間が足りないという新たな問題が浮上しています。オタワ大学のRajendra Gupta氏は、これを解決するための「CCC+TLハイブリッドモデル（CCC + TL hybrid model）」を提唱しました。もしもこのモデルが正しければ、宇宙は今から約267億年前に誕生したということになります。 現在の宇宙は誕生から137億8700万年（±2000万年）が経過していると考えられています。この推定年齢は過去から現在に至る様々な観測を積み重ねた結果であり、その集大成は宇宙モデル「Λ（ラムダ）-CDMモデル」として確立されています。しかし、初期宇宙の観測が進むにつれて、当時の宇宙の様子と宇宙の推定年齢には大きな食い違いがあることも判明しています。 【

「なぜこの宇宙は存在するのか？」という究極の問いを超ひも理論で解き明かそうとした世界的ベストセラー『エレガントな宇宙』。サイエンス好きなら書名を覚えている人も多いだろう。その著者でもあり、理論物理学者でもあるブライアン・グリーンの『時間の終わりまで』が新書化された。 なぜ物質が生まれ、生命が誕生し、私たちが存在するのか。膨張を続ける「進化する宇宙」は、私たちをどこへ連れてゆくのか。時間の始まりであるビッグバンから、時間の終わりである宇宙の終焉までを壮大なスケールで描き出す本書から、地球にこの先どんな運命が待ち受けるのかを紹介しよう。宇宙誕生から138億年の現在を起点に、はるか10³⁰年後までを見渡す。 ＊本記事は、『時間の終わりまで――物質、生命、心と進化する宇宙』（ブライアン・グリーン 著・青木薫 訳）から、内容を再構成してお届けします。 将来、恒星同士が衝突すると何が起こるのか？ 晴れ

「なぜこの宇宙は存在するのか？」という究極の問いを超ひも理論で解き明かそうとした世界的ベストセラー『エレガントな宇宙』。サイエンス好きなら書名を覚えている人も多いだろう。その著者でもあり、理論物理学者でもあるブライアン・グリーンの『時間の終わりまで』が新書化された。 なぜ物質が生まれ、生命が誕生し、私たちが存在するのか。膨張を続ける「進化する宇宙」は、私たちをどこへ連れてゆくのか。時間の始まりであるビッグバンから、時間の終わりである宇宙の終焉までを壮大なスケールで描き出し、このもっとも根源的な問いに答えていく本書から、「宇宙とは、時間とはなんだろう？」と考える私たちの「意識」の謎と物理学の関係に迫る。 ＊本記事は、『時間の終わりまで――物質、生命、心と進化する宇宙』（ブライアン・グリーン 著・青木薫 訳）から、内容を再構成してお届けします。 意識と量子物理学 過去数十年間にわたり、意識を理

量子物理学の法則では、物質の状態が変化してもその「情報」が失われることはなく、変化後の形態に保存されている情報から過去の状態を知ることができます。しかし、巨大な天体が崩壊して形成されるブラックホールにおいては、元の情報が失われてしまう「ブラックホール情報パラドックス」が生じます。このパラドックスについて、イギリス・サセックス大学の物理学教授であるザビエル・カルメット氏らが、ブラックホール情報パラドックスを解決する方法を発見したと報告しました。 Quantum gravitational corrections to particle creation by black holes - ScienceDirect https://doi.org/10.1016/j.physletb.2023.137820 ‘Quantum hair’ could resolve Hawking’s blac

大阪公立大学(大阪公大)は3月8日、レプトン(軽粒子)の一種であるニュートリノの質量行列の各要素を解析し、レプトンの「世代間混合」が大きくなることを理論的に示したことを発表した。 さらに、3世代のニュートリノ質量の2乗差計算が、「タイプ1シーソー機構」の場合の実験結果とほぼ一致する理由を、数学のランダム行列理論を用いることで、現段階ででき得る限り証明できたことも併せて発表された。 同成果は、大阪公大大学院 理学研究科の波場直之教授らの研究チームによるもの。詳細は、日本物理学会が刊行する理論物理と実験物理を扱う欧文オープンアクセスジャーナル「Progress of Theoretical and Experimental Physics」に掲載された。 物質の素粒子(クォークとレプトン)、力の素粒子(ゲージ粒子)、質量の起源となる素粒子(ヒッグス粒子)の3パーツからなる、素粒子物理学の理論的

「回転する質量の重力場」と題した1ページ半にみたないカーの短い論文は、学会誌にすぐに掲載されました。宇宙に存在する天体は、ほとんどが自転しています。自転している天体の厳密解が得られたことは、一般相対性理論研究に現実的な応用の道を開くことになりました。 カーの得た解は、ブラックホールの1つであることが、1年後にカーターによって明らかにされました。事象の地平面は2つあり、遠方から観測すると、外側の事象の地平面がブラックホールの境界面になります。また、中心部分にはリング状の特異点が存在します。自転によって全体の形状は平べったく変形しています（図2‐4）。 のちには、ホーキングやカーター、ロビンソンらによって、回転しているブラックホール解はカー解に限られることが数学的に証明され（ブラックホールの唯一性定理→5‐3節）、カー解の重要性が確固としたものになりました。 カー解が発見されるまでは、「自転の

超光速の視点から特殊相対性理論を拡張し、量子力学の基本原理を取り入れることが可能になるという理論の研究が発表された。超光速の世界は、3つの時間次元と1つの空間次元からなる時空で説明され、さらには超光速の物体が本当に存在する可能性もあるとしている。この研究は、ポーランドのワルシャワ大学と英オックスフォード大学によるもので、2022年12月30日付で『Classical and Quantum Gravity』に掲載された。 1905年に発表された特殊相対性理論によって、3次元空間に時間が4つ目の次元として加わり、これまで別々に扱われてきた時間と空間の概念がまとめて扱われるようになった。特殊相対性理論は、ガリレオの相対性原理と光速の不変性という2つの仮定に基づいている。 この2つのうち重要なのはガリレオの相対性原理だ。この原理では、全ての慣性系において物理法則は同じであり、全ての慣性観測者は同

日本を代表する数学者で、代数解析学を創始した業績で知られる京都大名誉教授の佐藤幹夫さんが94歳で亡くなった。豊富なアイデアを元に、数学の深遠な構造を見抜き、次々と革新的な分野を切り開いた「巨人」だっ…

この世には「別の宇宙」がたくさん存在し，あなたとまったく同じ人生を歩んでいる「もう１人のあなた」がどこかにいる。そんなバカな？ いやいや，宇宙に関する最新の観測結果は「並行宇宙」の存在を示唆している。単なる荒唐無稽な話ではない。 観測によると，空間は無限に広がっているようだ。とすると，無限の空間のどこかでは，いかにありそうにない事柄であっても，可能性のあるものなら現実となる。私たちの望遠鏡では観測できない外側には，私たちの宇宙とそっくりな別の宇宙がある。これが最も単純な並行宇宙の例だ。こうした並行宇宙の集団が，もっと大きな「マルチバース（多宇宙）」を形作る。 ある種のインフレーション理論によると，そうしたマルチバースの「泡」がたくさん集まった「レベル２マルチバース」の存在も考えられる。このマルチバースでは，物理定数や素粒子の種類が「泡」ごとに異なってくる。 レベル３のマルチバースは量子力学

陳 実（物理学専攻 博士課程） 嶋田 侑祐（物理学専攻 修士課程） 福嶋 健二（物理学専攻 教授） 発表のポイント 原子核素粒子物理学のクォーク閉じ込め問題は未解決の難問だが、虚数角速度を取り入れると摂動的な計算により容易に閉じ込め相に到達できることを示した。 虚数角速度を通して、未解決の低温強結合系における閉じ込め相へと、高温弱結合側から解析計算によってアプローチできることを指摘した。 本研究の成果は積年の問題であるクォーク閉じ込めの研究に対して新たな指針を与え、さらに原子核衝突実験、初期宇宙、天体等で実現される高速回転する高温密度物質の性質の解明に貢献するものと考えられる。 発表概要 原子核を形作る中性子と陽子は、現代物理学では、クォークとグルーオンと呼ばれる素粒子が束縛したものだと考えられています。クォークやグルーオンが単体で観測されたことはなく、これらを閉じ込めておく機構の解明は、

2022年のノーベル物理学賞の受賞テーマである「量子もつれ」のイメージ。©Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences 日本では、特に自然科学賞に携わる研究について、ノーベル賞の受賞は「研究のゴール」のように思われがちです。 しかし、ノーベル賞を受賞するような研究も、過去から未来へと脈々と受け継がれていくものの一つです。 今年のノーベル賞のうち自然科学部門（生理学・医学賞、物理学賞、化学賞）を受賞したテーマのポイントを押さえつつ、その一歩先にある研究現場の「今」のエッセンスを3回にわたる連載でお届けします。 2回目は、10月4日に発表された「物理学賞」です。 ※他の賞は次のリンクから御覧ください。生理学・医学賞、化学賞。 左からアラン・アスペ博士、ジョン・クラウザー博士、アントン・ツァイリンガー博士の写真REUTERS/Beno