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ここにも光が

posted Oct 7, 2015, 9:19 PM by iwasaki@parc.osaka-u.ac.jp   [ updated Apr 4, 2016, 10:28 PM by PARC Osaka University ]
2015年のノーベル物理学賞は「ニュートリノが質量を持つことを示すニュートリノ振動の発見」で、梶田隆章教授 東京大学宇宙線研究所所長とカナダ・クイーンズ大学のアーサー・マクドナルド教授に送られた。ニュートリノは、超純水を多数の光検出器(光電子増倍管)で取り囲んだ装置(スーパーカミオカンデ 岐阜県 神岡鉱山地下1000mに設置)で観測された。ニュートリノが水分子と衝突し、はじかれた高速の電子が物質(誘電体 カミオカンデでは水)中を通過すると、物質の局所的電磁場が乱される。物質の原子中の電子は、通過する荷電粒子の場によって動かされ、偏極する。場の乱れが通過したあと、電子が再び平衡状態に戻ろうとするとき、光子が放出される。場の乱れがその物質中の光速を超えて伝播するとき、光子は強め合うように干渉し、円錐状に広がるチェレンコフ放射が観測される(図)。ニュートリノにより散乱された電子により発生したのであれば、チェレンコフ光の観測結果から電子の運動方向や速度が分かり、それらからニュートリノの飛来方向などを計算することができ、ニュートリノが観測できる。(ウイキペディア参照)



 ニュートリノ、電子、光子のロンドを、光で見ると言えば、素粒子の世界も身近に感じられるのではないでしょうか。ニュートリノと物質構成分子の衝突ではじかれた電子が局所的な電磁場(光)をまとい、それにより励起(偏極)された物質中の原子から光子(エネルギー)が放出される。電子の速度が物質中の光の(位相)速度を超えるとき、次々と発生する光子は、音の衝撃波のように干渉し合い、電子の進行方向を軸とし電子を頂点とするような円錐状の伝搬光となり、観測される。フォトニック結晶では、後方へ放射するチェレンコフ効果など特異な振る舞いが見られる(ウイキペディア参照)。誘電体の原子の偏極に対し、金属では自由電子の集団的な振動・プラズモンが、光と物質の相互作用で様々な特異な現象を生みだし、光でナノの世界に分け入ることができるなど新しい世界が拓ける。
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