ABOUT THE SPEAKER
Boaz Almog - Quantum Researcher
Boaz Almog uses quantum physics to levitate and trap objects in midair. Call it "quantum levitation."

Why you should listen

In October 2011, Boaz Almog demonstrated how a superconducting disk can be trapped in a surrounding magnetic field to levitate above it, a phenomenon called “quantum levitation.” This demonstration, seemingly taken from a sci-fi movie, is the result of many years of R&D on high-quality superconductors. By using exceptional superconductors cooled in liquid nitrogen, Almog and his colleague Mishael Azoulay at the superconductivity group at Tel Aviv University (lead by Prof. Guy Deutscher) were able to demonstrate a quantum effect that, although well known to physicists worldwide, had never been seen and demonstrated in such a compelling way.

Experiment credits:

Prof. Guy Deutscher, Mishael Azoulay and Boaz Almog
High Tc Superconductivity Group
School of Physics and Astronomy
Tel Aviv University

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Boaz Almog | Speaker | TED.com
TEDGlobal 2012

Boaz Almog: The levitating superconductor

ボアズ・アルモグが超伝導体を浮遊させる

Filmed:
2,644,569 views

驚く程に薄い、直径7.5cm 程のディスクがどうやって自身の7万倍以上の重量を持つものを浮遊させることができるのでしょうか? 未来的な実演でボアズ・アルモグは、量子固定と呼ばれる現象が超伝導体のディスクを磁石製の線路上に浮遊させる仕組みを説明します。摩擦やエネルギー損失全く無しに浮遊する様子は見る人の目を釘付けにします。
- Quantum Researcher
Boaz Almog uses quantum physics to levitate and trap objects in midair. Call it "quantum levitation." Full bio

Double-click the English transcript below to play the video.

00:25
The phenomenon現象 you saw here for a brief簡潔な moment瞬間
0
9752
4318
ほんの一瞬 ご覧になられた現象は
00:29
is calledと呼ばれる quantum量子 levitation浮上 and quantum量子 lockingロック.
1
14070
6389
量子浮揚と量子固定と呼ばれています
00:36
And the objectオブジェクト that was levitating浮上する here
2
20459
3889
ここに浮遊していた物体は
00:40
is calledと呼ばれる a superconductor超伝導体.
3
24348
2001
超電導体と呼ばれるものです
00:42
Superconductivity超伝導 is a quantum量子 state状態 of matter問題,
4
26349
5592
超電導では 物質は量子状態にあり
00:47
and it occurs発生する only below以下 a certainある criticalクリティカルな temperature温度.
5
31941
4257
特定の臨界温度以下でしか
この現象は起きません
00:52
Now, it's quiteかなり an old古い phenomenon現象;
6
36198
2346
これ自体は昔から知られた現象です
00:54
it was discovered発見された 100 years ago.
7
38544
1766
100年前に発見されました
00:56
Howeverしかしながら, only recently最近,
8
40310
2126
しかし 最近の
00:58
due支払う to severalいくつかの technological技術的 advancements進歩,
9
42436
2362
いくつかの技術の進歩によって
01:00
we are now ableできる to demonstrate実証する to you
10
44798
2672
こうやって皆さんに
01:03
quantum量子 levitation浮上 and quantum量子 lockingロック.
11
47470
3746
量子浮揚と量子固定について
披露できるようになりました
01:07
So, a superconductor超伝導体 is defined定義された by two propertiesプロパティ.
12
51216
5845
超電導体は2つの特性によって定義されます
01:12
The first is zeroゼロ electrical電気 resistance抵抗,
13
57061
3456
一つ目は電気抵抗がゼロであること
01:16
and the second二番 is the expulsion追放 of a magnetic磁気 fieldフィールド from the interiorインテリア of the superconductor超伝導体.
14
60517
6889
二つ目は超電導体の内部から
磁界を排除することです
01:23
That sounds complicated複雑な, right?
15
67406
2895
複雑に聞こえますよね
01:26
But what is electrical電気 resistance抵抗?
16
70301
2872
では 電気抵抗とは何でしょうか?
01:29
So, electricity電気 is the flowフロー of electrons電子 inside内部 a material材料.
17
73173
6249
電気とは 物質の中の電子の流れです
01:35
And these electrons電子, while flowing流れる,
18
79422
3349
これらの電子が流れる中で
01:38
they collide衝突する with the atoms原子, and in these collisions衝突
19
82771
2688
原子と衝突しますが この衝突によって
01:41
they lose失う a certainある amount of energyエネルギー.
20
85459
2216
いくらかエネルギーを失います
01:43
And they dissipate消散する this energyエネルギー in the form of heat, and you know that effect効果.
21
87675
5601
このエネルギーはご存知のように
熱という形で消失します
01:49
Howeverしかしながら, inside内部 a superconductor超伝導体 there are no collisions衝突,
22
93276
5919
しかし 超電導体の中では
衝突は起きないのです
01:55
so there is no energyエネルギー dissipation散逸.
23
99195
4692
従って エネルギーの消失もありません
01:59
It's quiteかなり remarkable顕著. Think about it.
24
103887
2981
驚くべきことです
考えてみてください
02:02
In classicalクラシック physics物理, there is always some friction摩擦, some energyエネルギー loss損失.
25
106868
5079
古典物理学では なんらかの摩擦に伴う
エネルギーの消失があります
02:07
But not here, because it is a quantum量子 effect効果.
26
111947
4038
しかし ここではそれはありません
これは量子効果だからです
02:11
But that's not all, because superconductors超伝導体 don't like magnetic磁気 fieldsフィールド.
27
116016
8686
それだけではありません
超伝導体は磁界を好まないため
02:20
So a superconductor超伝導体 will try to expel追放 magnetic磁気 fieldフィールド from the inside内部,
28
124702
4317
循環電流によって
02:24
and it has the means手段 to do that by circulating循環する currents電流.
29
129019
6123
内部から磁界を排除しようとします
02:31
Now, the combination組み合わせ of bothどちらも effects効果 --
30
135142
2990
このように二つの現象の組み合わせである
02:34
the expulsion追放 of magnetic磁気 fieldsフィールド and zeroゼロ electrical電気 resistance抵抗 --
31
138132
6000
磁界の排除と
電気抵抗がゼロの状態となることによって
02:40
is exactly正確に a superconductor超伝導体.
32
144132
3168
超伝導体となるのです
02:43
But the picture画像 isn't always perfect完璧な, as we all know,
33
147300
4216
しかし ご存知のように
物事はそう簡単ではありません
02:47
and sometimes時々 strandsストランド of magnetic磁気 fieldフィールド remain残る inside内部 the superconductor超伝導体.
34
151516
7385
たまに 磁界の一部である磁束が
超伝導体内に残ってしまう場合があります
02:54
Now, under proper適切な conditions条件, whichどの we have here,
35
158901
3654
ここにあるような適切な条件化の中で
02:58
these strandsストランド of magnetic磁気 fieldフィールド can be trappedトラップされた inside内部 the superconductor超伝導体.
36
162555
5090
超伝導体の内部の磁束を
閉じ込めることができます
03:03
And these strandsストランド of magnetic磁気 fieldフィールド inside内部 the superconductor超伝導体,
37
167645
6257
このような超伝導体内部の磁束は
03:09
they come in discrete離散 quantities.
38
173902
2845
離散的な量で存在します
03:12
Why? Because it is a quantum量子 phenomenon現象. It's quantum量子 physics物理.
39
176747
3646
なぜでしょうか?量子現象だからです
量子物理学ではこうなるからです
03:16
And it turnsターン out that they behave行動する like quantum量子 particles粒子.
40
180393
3850
そしてこれらはまるで
量子粒子のように振る舞います
03:20
In this movie映画 here, you can see how they flowフロー one by one discretely離散的.
41
184243
5579
この動画では 離散的に
それぞれどのように流れるか確認できます
03:25
This is strandsストランド of magnetic磁気 fieldフィールド. These are not particles粒子,
42
189822
3893
これが磁束です
これらは粒子ではありませんが
03:29
but they behave行動する like particles粒子.
43
193715
4295
粒子のように振る舞います
03:33
So, this is why we call this effect効果 quantum量子 levitation浮上 and quantum量子 lockingロック.
44
198010
4194
そのためこのような現象を
量子浮遊と量子固定と呼ぶのです
03:38
But what happens起こる to the superconductor超伝導体 when we put it inside内部 a magnetic磁気 fieldフィールド?
45
202204
6063
それでは磁界の中へ超伝導体を
入れると どうなるでしょうか?
03:44
Well, first there are strandsストランド of magnetic磁気 fieldフィールド left inside内部,
46
208267
4585
内部には残った磁束がありますが
03:48
but now the superconductor超伝導体 doesn't like them moving動く around,
47
212852
4120
超伝導体は これらが動くのを嫌います
03:52
because their彼らの movements動き dissipate消散する energyエネルギー,
48
216972
3448
磁束が動くと
エネルギーが発散され
03:56
whichどの breaks休憩 the superconductivity超伝導 state状態.
49
220420
2946
超伝導性が失われてしまうからです
03:59
So what it actually実際に does, it locksロック these strandsストランド,
50
223366
4358
実際には フラクソンと呼ばれる
04:03
whichどの are calledと呼ばれる fluxonsフラクソン, and it locksロック these fluxonsフラクソン in place場所.
51
227724
5752
これらの鎖が固定化されるのです
04:09
And by doing that, what it actually実際に does is lockingロック itself自体 in place場所.
52
233476
6288
それによって 超伝導体自体が
その場所に固定されます
04:15
Why? Because any movement移動 of the superconductor超伝導体 will change変化する their彼らの place場所,
53
239764
9216
なぜでしょう?
超伝導体が動くとフラクソンの
04:24
will change変化する their彼らの configuration設定.
54
248980
1807
配置を変化させることになるからです
04:26
So we get quantum量子 lockingロック. And let me showショー you how this works作品.
55
250787
5297
これによって量子固定が発生します
ではこの様子をご紹介します
04:31
I have here a superconductor超伝導体, whichどの I wrapped包まれた up so it'dそれは stay滞在 coldコールド long enough十分な.
56
256084
5760
ここに 低温状態を保つために
包んだ超伝導体があります
04:37
And when I place場所 it on top of a regular定期的 magnet磁石,
57
261844
4464
通常の磁石の上に乗せると
04:42
it just stays滞在する lockedロックされた in midair中空.
58
266308
3872
このように空中に留まるのです
04:46
(Applause拍手)
59
270180
4065
(拍手)
04:50
Now, this is not just levitation浮上. It's not just repulsion反発.
60
274245
4046
これはただの浮遊でも
反発でもありません
04:54
I can rearrange並べ替える the fluxonsフラクソン, and it will be lockedロックされた in this new新しい configuration設定.
61
278291
5121
フラクソンの位置を変えることで
新しい位置に固定することができます
04:59
Like this, or move動く it slightly少し to the right or to the left.
62
283412
4024
このように 右や左に
ずらすこともできます
05:03
So, this is quantum量子 lockingロック -- actually実際に lockingロック -- three-dimensional三次元 lockingロック of the superconductor超伝導体.
63
287436
7751
これが量子固定です
超伝導体を実際に3次元で固定しているのです
05:11
Of courseコース, I can turn順番 it upside逆さま down,
64
295187
2160
もちろん上下逆に
することも可能です
05:13
and it will remain残る lockedロックされた.
65
297347
2906
そして そのまま固定されます
05:16
Now, now that we understandわかる that this so-calledいわゆる levitation浮上 is actually実際に lockingロック,
66
300253
9222
この浮遊現象が 実は
固定現象であることだと理解いただけたので
05:25
Yeah, we understandわかる that.
67
309475
4314
ええ 理解しましたよね
05:29
You won't〜されません be surprised驚いた to hear聞く that if I take this circular円形 magnet磁石,
68
313789
4262
磁界が均一な状態にある
05:33
in whichどの the magnetic磁気 fieldフィールド is the same同じ all around,
69
318051
3968
このリング状の磁石に対して
05:37
the superconductor超伝導体 will be ableできる to freely自由に rotate回転する around the axis of the magnet磁石.
70
322019
5936
超伝導体はこの磁石の軸を元に
自由に回転することが可能だと聞いても
驚きはないでしょう
05:43
Why? Because as long as it rotates回転する, the lockingロック is maintained維持された.
71
327955
6024
なぜでしょうか? なぜなら 回転している間は
固定化が維持されるからです
05:49
You see? I can adjust調整する and I can rotate回転する the superconductor超伝導体.
72
333979
6026
この様に超伝導体を ちょっと動かし
回転させることもできます
05:55
We have frictionless無摩擦 motionモーション. It is still levitating浮上する, but can move動く freely自由に all around.
73
340005
6662
摩擦の全くない運動です
浮遊していますが くるくる動き回ることができます
06:02
So, we have quantum量子 lockingロック and we can levitate浮上する it on top of this magnet磁石.
74
346667
9280
これが量子固定で
この磁石の上を浮遊させることができます
06:11
But how manyたくさんの fluxonsフラクソン, how manyたくさんの magnetic磁気 strandsストランド are there in a singleシングル diskディスク like this?
75
355947
6496
それではこの一枚のディスクにどれほどの
フラクソン つまり磁束が存在しているのでしょうか?
06:18
Well, we can calculate計算する it, and it turnsターン out, quiteかなり a lot.
76
362443
2881
これは計算可能で かなり多く
存在していることがわかります
06:21
One hundred billion strandsストランド of magnetic磁気 fieldフィールド inside内部 this three-inch3インチ diskディスク.
77
365324
7368
この7.5センチ程のディスク内に
千億もの磁束が存在しているのです
06:28
But that's not the amazing素晴らしい part yetまだ, because there is something I haven't持っていない told you yetまだ.
78
372692
4104
実はまだ皆さんにご紹介していない
驚くべきことがあります
06:32
And, yeah, the amazing素晴らしい part is that this superconductor超伝導体 that you see here
79
376796
5616
驚くべきことに
ご覧になっている超伝導体の
06:38
is only halfハーフ a micronミクロン thick厚い. It's extremely極端な thin薄いです.
80
382412
7525
厚さはとても薄く
たったの0.5ミクロンしかありません
06:45
And this extremely極端な thin薄いです layer is ableできる to levitate浮上する more than 70,000 times its own自分の weight重量.
81
389937
9562
この非常に薄い層が
自らの重さの7万倍以上の重量を
浮遊させることができるのです
06:55
It's a remarkable顕著 effect効果. It's very strong強い.
82
399499
5833
驚異的な現象であり 大変強力です
07:01
Now, I can extend拡張する this circular円形 magnet磁石,
83
405332
3577
この円状の磁石を大きくして
07:04
and make whateverなんでも trackトラック I want.
84
408909
4781
自由な線路を作る事が可能です
07:09
For example, I can make a large circular円形 railレール here.
85
413690
3929
例えば このような大きな円状の線路を
作ることができます
07:13
And when I place場所 the superconducting超伝導 diskディスク on top of this railレール,
86
417619
6883
この上に超伝導体を乗せると
07:20
it moves動き freely自由に.
87
424502
4109
このようの自由に動きます
07:24
(Applause拍手)
88
428611
9381
(拍手)
07:33
And again, that's not all. I can adjust調整する its positionポジション like this, and rotate回転する,
89
437992
4741
これだけではありません
位置を調節して回すことで
07:38
and it freely自由に moves動き in this new新しい positionポジション.
90
442733
6441
新しい位置を保って動きまわります
07:45
And I can even try a new新しい thing; let's try it for the first time.
91
449174
4438
ここで今までやったことがない
新しいことを行ってみましょう
07:49
I can take this diskディスク and put it here,
92
453612
5944
このディスクをここに乗せて
07:55
and while it stays滞在する here -- don't move動く --
93
459556
2984
ここに留まっている間に
ー 動かないで ー
07:58
I will try to rotate回転する the trackトラック,
94
462540
6558
線路をひっくり返してみます
08:04
and hopefullyうまくいけば, if I did it correctly正しく,
95
469098
2299
うまくいけば
08:07
it stays滞在する suspended中断した.
96
471397
2143
ぶら下がった状態を保つでしょう
08:09
(Applause拍手)
97
473540
9449
(拍手)
08:18
You see, it's quantum量子 lockingロック, not levitation浮上.
98
482989
6841
これが量子固定です
浮遊ではありません
08:25
Now, while I'll let it circulate循環する for a little more,
99
489830
4135
しばらくグルグルと回っている間に
08:29
let me tell you a little bitビット about superconductors超伝導体.
100
493965
3703
超伝導体についてもう少し説明しましょう
08:33
Now -- (Laughter笑い) --
101
497668
5546
それでは ー(笑)ー
08:39
So we now know that we are ableできる to transfer転送 enormous巨大な amount of currents電流 inside内部 superconductors超伝導体,
102
503214
7023
このように 超伝導体の内部にとてつもない量の
電流を送り込むことができることが分かっています
08:46
so we can use them to produce作物 strong強い magnetic磁気 fieldsフィールド,
103
510237
5223
これらを使ってMRIや量子加速装置のための
08:51
suchそのような as needed必要な in MRIMRI machines機械, particle粒子 acceleratorsアクセラレータ and so on.
104
515460
5186
強力な磁界を発生させたりすることができます
08:56
But we can alsoまた、 store格納 energyエネルギー usingを使用して superconductors超伝導体,
105
520646
4560
また 超伝導体を使えば
エネルギーを損失させずに
09:01
because we have no dissipation散逸.
106
525206
1889
貯蔵することもできます
09:02
And we could alsoまた、 produce作物 powerパワー cablesケーブル類, to transfer転送 enormous巨大な amounts金額 of current現在 betweenの間に powerパワー stations.
107
527095
7182
更に 発電所間で膨大な量のエネルギーを
送る送電線を作る事もできるでしょう
09:10
Imagine想像する you could back up a singleシングル powerパワー station with a singleシングル superconducting超伝導 cableケーブル.
108
534277
9006
発電所一個分の電力をたった一本の
超伝導体製の送電線でバックアップできることを
想像してみてください
09:19
But what is the future未来 of quantum量子 levitation浮上 and quantum量子 lockingロック?
109
543283
4476
量子浮遊や量子固定の未来は
どうなるでしょうか?
09:23
Well, let me answer回答 this simple単純 question質問 by giving与える you an example.
110
547759
7139
この単純な質問に対して
一つ例を出しましょう
09:30
Imagine想像する you would have a diskディスク similar類似 to the one I have here in my handハンド,
111
554898
6413
ここにあるディスクと同じようなものがあるとします
09:37
three-inch3インチ diameter直径, with a singleシングル difference.
112
561311
3879
直径7.5センチ程のものですが
一つ違う点があります
09:41
The superconducting超伝導 layer, instead代わりに of beingであること halfハーフ a micronミクロン thin薄いです,
113
565190
5185
超伝導体における層の厚みは
0.5ミクロンの薄さである代わりに
09:46
beingであること two millimetersミリメートル thin薄いです, quiteかなり thin薄いです.
114
570375
3088
2ミリの薄さだとします
それでもかなり薄いです
09:49
This two-millimeter-thin2ミリメートル薄い superconducting超伝導 layer could holdホールド 1,000 kilogramsキログラム, a small小さい car, in my handハンド.
115
573463
10735
この2ミリの超伝導体の層は
1000キロ分支えられるので
この手のひらで小さな車を
支えることができるのです
10:00
Amazing素晴らしい. Thank you.
116
584198
3296
驚くべきことです
ありがとうございました
10:03
(Applause拍手)
117
587494
15080
(拍手)
Translated by Yuki Okada
Reviewed by Akiko Hicks

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Boaz Almog uses quantum physics to levitate and trap objects in midair. Call it "quantum levitation."

Why you should listen

In October 2011, Boaz Almog demonstrated how a superconducting disk can be trapped in a surrounding magnetic field to levitate above it, a phenomenon called “quantum levitation.” This demonstration, seemingly taken from a sci-fi movie, is the result of many years of R&D on high-quality superconductors. By using exceptional superconductors cooled in liquid nitrogen, Almog and his colleague Mishael Azoulay at the superconductivity group at Tel Aviv University (lead by Prof. Guy Deutscher) were able to demonstrate a quantum effect that, although well known to physicists worldwide, had never been seen and demonstrated in such a compelling way.

Experiment credits:

Prof. Guy Deutscher, Mishael Azoulay and Boaz Almog
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