-「波動／粒子の二重性」の不可思議を解明するために-
2018年1月17日 理化学研究所、大阪府立大学、株式会社日立製作所
新しい二重スリット実験
-「波動／粒子の二重性」の不可思議を解明するために-
単電子像を分類した干渉パターン
理研創発物性科学研究センター創発現象観測技術研究チームの原田研上級研究員、大阪府立大学大学院工学研究科の森茂生教授、日立製作所研究開発グループ基礎研究センタの明石哲也主任研究員らの共同研究グループは、最先端の実験技術を用いて「波動/粒子の二重性」に関する新たな3通りの干渉実験を行い、干渉縞を形成する電子をスリットの通過状態に応じて3種類に分類して描画する手法を提案しました。
「二重スリットの実験」は、光の波動説を決定づけるだけでなく、電子線を用いた場合には波動/粒子の二重性を直接示す実験として、これまで電子顕微鏡を用いて繰り返し行われてきました。しかしどの実験も、量子力学が教える波動/粒子の二重性の不可思議の実証にとどまり、伝播経路の解明には至っていませんでした。
今回、共同研究グループは、検出された電子がどちらのスリットを通過したのか解明すること、少なくとも解明のための手がかりや道筋を見いだすことを目標として、実験を行いました。実験では、世界最先端の電界放出形電子顕微鏡と直接検出カメラ、集束イオンビーム加工装置などを用い、さらに電子顕微鏡の電子光学系にも工夫を施して、「新しい二重スリット実験」を行いました。その結果、左右のスリットのうち"左側のスリットを通過した電子"、"右側のスリットを通過した電子"、"両方のスリットを同時に通過して干渉縞を形成した電子"の三つに分類し描画することができました。
今回の実験により、量子力学の基礎である波動/粒子の二重性を解明する手がかりを得たと考えています。今後、さらに電子検出器の時間分解能を上げるなど、現在の電子線技術をさらに発展させることで、不確定性原理と干渉現象との関係を実験的に捉えるなど、量子力学の根幹に迫りたいと考えています。
このニュースは、以下の新聞、Webサイトなどに掲載されました。
