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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

June 30, 2012

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。

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

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Double-click the English subtitles below to play the video.
The phenomenon you saw here for a brief moment
ほんの一瞬 ご覧になられた現象は
00:25
is called quantum levitation and quantum locking.
量子浮揚と量子固定と呼ばれています
00:29
And the object that was levitating here
ここに浮遊していた物体は
00:35
is called a superconductor.
超電導体と呼ばれるものです
00:39
Superconductivity is a quantum state of matter,
超電導では 物質は量子状態にあり
00:41
and it occurs only below a certain critical temperature.
特定の臨界温度以下でしか
この現象は起きません
00:47
Now, it's quite an old phenomenon;
これ自体は昔から知られた現象です
00:51
it was discovered 100 years ago.
100年前に発見されました
00:53
However, only recently,
しかし 最近の
00:55
due to several technological advancements,
いくつかの技術の進歩によって
00:57
we are now able to demonstrate to you
こうやって皆さんに
01:00
quantum levitation and quantum locking.
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
01:02
So, a superconductor is defined by two properties.
超電導体は2つの特性によって定義されます
01:06
The first is zero electrical resistance,
一つ目は電気抵抗がゼロであること
01:12
and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
二つ目は超電導体の内部から
磁界を排除することです
01:15
That sounds complicated, right?
複雑に聞こえますよね
01:22
But what is electrical resistance?
では 電気抵抗とは何でしょうか?
01:25
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
電気とは 物質の中の電子の流れです
01:28
And these electrons, while flowing,
これらの電子が流れる中で
01:34
they collide with the atoms, and in these collisions
原子と衝突しますが この衝突によって
01:38
they lose a certain amount of energy.
いくらかエネルギーを失います
01:40
And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
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
01:43
However, inside a superconductor there are no collisions,
しかし 超電導体の中では
衝突は起きないのです
01:48
so there is no energy dissipation.
従って エネルギーの消失もありません
01:54
It's quite remarkable. Think about it.
驚くべきことです
考えてみてください
01:59
In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
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
02:02
But not here, because it is a quantum effect.
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
02:07
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
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
02:11
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
循環電流によって
02:20
and it has the means to do that by circulating currents.
内部から磁界を排除しようとします
02:24
Now, the combination of both effects --
このように二つの現象の組み合わせである
02:30
the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
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
02:33
is exactly a superconductor.
超伝導体となるのです
02:39
But the picture isn't always perfect, as we all know,
しかし ご存知のように
物事はそう簡単ではありません
02:42
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
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
02:46
Now, under proper conditions, which we have here,
ここにあるような適切な条件化の中で
02:54
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
超伝導体の内部の磁束を
閉じ込めることができます
02:57
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
このような超伝導体内部の磁束は
03:02
they come in discrete quantities.
離散的な量で存在します
03:09
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
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
03:12
And it turns out that they behave like quantum particles.
そしてこれらはまるで
量子粒子のように振る舞います
03:15
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
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
03:19
This is strands of magnetic field. These are not particles,
これが磁束です
これらは粒子ではありませんが
03:25
but they behave like particles.
粒子のように振る舞います
03:29
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
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
03:33
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
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?
03:37
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
内部には残った磁束がありますが
03:43
but now the superconductor doesn't like them moving around,
超伝導体は これらが動くのを嫌います
03:48
because their movements dissipate energy,
磁束が動くと
エネルギーが発散され
03:52
which breaks the superconductivity state.
超伝導性が失われてしまうからです
03:55
So what it actually does, it locks these strands,
実際には フラクソンと呼ばれる
03:58
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
これらの鎖が固定化されるのです
04:03
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
それによって 超伝導体自体が
その場所に固定されます
04:08
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
なぜでしょう?
超伝導体が動くとフラクソンの
04:15
will change their configuration.
配置を変化させることになるからです
04:24
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
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
04:26
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
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
04:31
And when I place it on top of a regular magnet,
通常の磁石の上に乗せると
04:37
it just stays locked in midair.
このように空中に留まるのです
04:41
(Applause)
(拍手)
04:45
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
これはただの浮遊でも
反発でもありません
04:49
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
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
04:53
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
このように 右や左に
ずらすこともできます
04:58
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
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
05:02
Of course, I can turn it upside down,
もちろん上下逆に
することも可能です
05:10
and it will remain locked.
そして そのまま固定されます
05:12
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
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
05:15
Yeah, we understand that.
ええ 理解しましたよね
05:24
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
磁界が均一な状態にある
05:29
in which the magnetic field is the same all around,
このリング状の磁石に対して
05:33
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
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
05:37
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
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
05:43
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
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
05:49
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
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
05:55
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
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
06:01
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
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?
06:11
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
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
06:17
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
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
06:20
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.
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
06:28
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
驚くべきことに
ご覧になっている超伝導体の
06:32
is only half a micron thick. It's extremely thin.
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
06:37
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
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
06:45
It's a remarkable effect. It's very strong.
驚異的な現象であり 大変強力です
06:54
Now, I can extend this circular magnet,
この円状の磁石を大きくして
07:00
and make whatever track I want.
自由な線路を作る事が可能です
07:04
For example, I can make a large circular rail here.
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
07:09
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
この上に超伝導体を乗せると
07:12
it moves freely.
このようの自由に動きます
07:19
(Applause)
(拍手)
07:23
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,
これだけではありません
位置を調節して回すことで
07:33
and it freely moves in this new position.
新しい位置を保って動きまわります
07:38
And I can even try a new thing; let's try it for the first time.
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
07:44
I can take this disk and put it here,
このディスクをここに乗せて
07:48
and while it stays here -- don't move --
ここに留まっている間に
ー 動かないで ー
07:54
I will try to rotate the track,
線路をひっくり返してみます
07:57
and hopefully, if I did it correctly,
うまくいけば
08:04
it stays suspended.
ぶら下がった状態を保つでしょう
08:06
(Applause)
(拍手)
08:08
You see, it's quantum locking, not levitation.
これが量子固定です
浮遊ではありません
08:18
Now, while I'll let it circulate for a little more,
しばらくグルグルと回っている間に
08:25
let me tell you a little bit about superconductors.
超伝導体についてもう少し説明しましょう
08:29
Now -- (Laughter) --
それでは ー(笑)ー
08:32
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
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
08:38
so we can use them to produce strong magnetic fields,
これらを使ってMRIや量子加速装置のための
08:45
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
強力な磁界を発生させたりすることができます
08:50
But we can also store energy using superconductors,
また 超伝導体を使えば
エネルギーを損失させずに
08:55
because we have no dissipation.
貯蔵することもできます
09:00
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
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
09:02
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
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
09:09
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
量子浮遊や量子固定の未来は
どうなるでしょうか?
09:18
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
この単純な質問に対して
一つ例を出しましょう
09:23
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
ここにあるディスクと同じようなものがあるとします
09:30
three-inch diameter, with a single difference.
直径7.5センチ程のものですが
一つ違う点があります
09:36
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
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
09:40
being two millimeters thin, quite thin.
2ミリの薄さだとします
それでもかなり薄いです
09:45
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
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
09:48
Amazing. Thank you.
驚くべきことです
ありがとうございました
09:59
(Applause)
(拍手)
10:02
Translator:Yuki Okada
Reviewer:Akiko Hicks

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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

Watch more footage from this demo >>

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Data provided by TED.

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