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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

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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

Theその phenomenon現象 you君は saw見た hereここに forために aa brief簡潔な moment瞬間
ほんの一瞬 ご覧になられた現象は
00:25
is calledと呼ばれる quantum量子 levitation浮上 andそして quantum量子 lockingロック.
量子浮揚と量子固定と呼ばれています
00:29
Andそして theその objectオブジェクト thatそれ wasあった levitating浮上する hereここに
ここに浮遊していた物体は
00:36
is calledと呼ばれる aa superconductor超伝導体.
超電導体と呼ばれるものです
00:40
Superconductivity超伝導 is aa quantum量子 state状態 of matter問題,
超電導では 物質は量子状態にあり
00:42
andそして itそれ occurs発生する onlyのみ below以下 aa certainある criticalクリティカルな temperature温度.
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それは quiteかなり an old古い phenomenon現象;
これ自体は昔から知られた現象です
00:52
itそれ wasあった discovered発見された 100 years ago.
100年前に発見されました
00:54
Howeverしかしながら, onlyのみ recently最近,
しかし 最近の
00:56
due支払う to severalいくつかの technological技術的 advancements進歩,
いくつかの技術の進歩によって
00:58
we我々 are now ableできる to demonstrate実証する to you君は
こうやって皆さんに
01:00
quantum量子 levitation浮上 andそして quantum量子 lockingロック.
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
01:03
Soそう, aa superconductor超伝導体 is defined定義された by〜によって two propertiesプロパティ.
超電導体は2つの特性によって定義されます
01:07
Theその first最初 is zeroゼロ electrical電気 resistance抵抗,
一つ目は電気抵抗がゼロであること
01:12
andそして theその second二番 is theその expulsion追放 of aa magnetic磁気 fieldフィールド fromから theその interiorインテリア of theその superconductor超伝導体.
二つ目は超電導体の内部から
磁界を排除することです
01:16
Thatそれ sounds complicated複雑な, right?
複雑に聞こえますよね
01:23
Butだけど what is electrical電気 resistance抵抗?
では 電気抵抗とは何でしょうか?
01:26
Soそう, electricity電気 is theその flowフロー of electrons電子 inside内部 aa material材料.
電気とは 物質の中の電子の流れです
01:29
Andそして theseこれら electrons電子, whilewhile flowing流れる,
これらの電子が流れる中で
01:35
they彼ら collide衝突する with〜と theその atoms原子, andそして in theseこれら collisions衝突
原子と衝突しますが この衝突によって
01:38
they彼ら lose失う aa certainある amount of energyエネルギー.
いくらかエネルギーを失います
01:41
Andそして they彼ら dissipate消散する thisこの energyエネルギー in theその form of heat, andそして you君は know知っている thatそれ effect効果.
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しかしながら, inside内部 aa superconductor超伝導体 thereそこ are noいいえ collisions衝突,
しかし 超電導体の中では
衝突は起きないのです
01:49
soそう thereそこ is noいいえ energyエネルギー dissipation散逸.
従って エネルギーの消失もありません
01:55
It'sそれは quiteかなり remarkable顕著. Think思う about itそれ.
驚くべきことです
考えてみてください
01:59
In classicalクラシック physics物理, thereそこ is always常に some一部 friction摩擦, some一部 energyエネルギー loss損失.
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だけど notない hereここに, becauseなぜなら itそれ is aa quantum量子 effect効果.
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だけど that'sそれは notない allすべて, becauseなぜなら superconductors超伝導体 don'tしない like好きな magnetic磁気 fieldsフィールド.
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そう aa superconductor超伝導体 will意志 tryお試しください to expel追放 magnetic磁気 fieldフィールド fromから theその inside内部,
循環電流によって
02:20
andそして itそれ has持っている theその means手段 to do行う thatそれ by〜によって circulating循環する currents電流.
内部から磁界を排除しようとします
02:24
Now, theその combination組み合わせ of bothどちらも effects効果 ---
このように二つの現象の組み合わせである
02:31
theその expulsion追放 of magnetic磁気 fieldsフィールド andそして zeroゼロ electrical電気 resistance抵抗 ---
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
02:34
is exactly正確に aa superconductor超伝導体.
超伝導体となるのです
02:40
Butだけど theその picture画像 isn'tない always常に perfect完璧な, asとして we我々 allすべて know知っている,
しかし ご存知のように
物事はそう簡単ではありません
02:43
andそして 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その superconductor超伝導体.
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
02:47
Now, under proper適切な conditions条件, whichどの we我々 have持ってる hereここに,
ここにあるような適切な条件化の中で
02:54
theseこれら strandsストランド of magnetic磁気 fieldフィールド canできる be〜する trappedトラップされた inside内部 theその superconductor超伝導体.
超伝導体の内部の磁束を
閉じ込めることができます
02:58
Andそして theseこれら strandsストランド of magnetic磁気 fieldフィールド inside内部 theその superconductor超伝導体,
このような超伝導体内部の磁束は
03:03
they彼ら come来る in discrete離散 quantities.
離散的な量で存在します
03:09
Whyなぜ? Becauseなぜなら itそれ is aa quantum量子 phenomenon現象. It'sそれは quantum量子 physics物理.
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そして itそれ turnsターン outでる thatそれ they彼ら behave行動する like好きな quantum量子 particles粒子.
そしてこれらはまるで
量子粒子のように振る舞います
03:16
In thisこの movie映画 hereここに, you君は canできる see見る howどうやって they彼ら flowフロー one1 by〜によって one1 discretely離散的.
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
03:20
Thisこの is strandsストランド of magnetic磁気 fieldフィールド. Theseこれら are notない particles粒子,
これが磁束です
これらは粒子ではありませんが
03:25
butだけど they彼ら behave行動する like好きな particles粒子.
粒子のように振る舞います
03:29
Soそう, thisこの is whyなぜ we我々 callコール thisこの effect効果 quantum量子 levitation浮上 andそして quantum量子 lockingロック.
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だけど what happens起こる to theその superconductor超伝導体 whenいつ we我々 put置く itそれ inside内部 aa magnetic磁気 fieldフィールド?
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?
03:38
Wellよく, first最初 thereそこ are strandsストランド of magnetic磁気 fieldフィールド left inside内部,
内部には残った磁束がありますが
03:44
butだけど now theその superconductor超伝導体 doesn'tしない like好きな themそれら moving動く aroundまわり,
超伝導体は これらが動くのを嫌います
03:48
becauseなぜなら their彼らの movements動き dissipate消散する energyエネルギー,
磁束が動くと
エネルギーが発散され
03:52
whichどの breaks休憩 theその superconductivity超伝導 state状態.
超伝導性が失われてしまうからです
03:56
Soそう what itそれ actually実際に doesする, itそれ locksロック theseこれら strandsストランド,
実際には フラクソンと呼ばれる
03:59
whichどの are calledと呼ばれる fluxonsフラクソン, andそして itそれ locksロック theseこれら fluxonsフラクソン in place場所.
これらの鎖が固定化されるのです
04:03
Andそして by〜によって doingやっている thatそれ, what itそれ actually実際に doesする is lockingロック itself自体 in place場所.
それによって 超伝導体自体が
その場所に固定されます
04:09
Whyなぜ? Becauseなぜなら anyどれか movement移動 of theその superconductor超伝導体 will意志 change変化する their彼らの place場所,
なぜでしょう?
超伝導体が動くとフラクソンの
04:15
will意志 change変化する their彼らの configuration設定.
配置を変化させることになるからです
04:24
Soそう we我々 get取得する quantum量子 lockingロック. Andそして let〜する me showショー you君は howどうやって thisこの works作品.
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持ってる hereここに aa superconductor超伝導体, whichどの I wrapped包まれた upアップ soそう it'dそれは stay滞在 coldコールド long長いです enough十分な.
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そして whenいつ I place場所 itそれ on top of aa regular定期的 magnet磁石,
通常の磁石の上に乗せると
04:37
itそれ justちょうど stays滞在する lockedロックされた in midair中空.
このように空中に留まるのです
04:42
(Applause拍手)
(拍手)
04:46
Now, thisこの is notない justちょうど levitation浮上. It'sそれは notない justちょうど repulsion反発.
これはただの浮遊でも
反発でもありません
04:50
I canできる rearrange並べ替える theその fluxonsフラクソン, andそして itそれ will意志 be〜する lockedロックされた in thisこの new新しい configuration設定.
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
04:54
Like好きな thisこの, orまたは move動く itそれ slightly少し to theその right orまたは to theその left.
このように 右や左に
ずらすこともできます
04:59
Soそう, thisこの 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その superconductor超伝導体.
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
05:03
Of courseコース, I canできる turn順番 itそれ upside逆さま downダウン,
もちろん上下逆に
することも可能です
05:11
andそして itそれ will意志 remain残る lockedロックされた.
そして そのまま固定されます
05:13
Now, now thatそれ we我々 understandわかる thatそれ thisこの so-calledいわゆる levitation浮上 is actually実際に lockingロック,
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
05:16
Yeahええ, we我々 understandわかる thatそれ.
ええ 理解しましたよね
05:25
You君は won't〜されません be〜する surprised驚いた to hear聞く thatそれ ifif I take取る thisこの circular円形 magnet磁石,
磁界が均一な状態にある
05:29
in whichどの theその magnetic磁気 fieldフィールド is theその same同じ allすべて aroundまわり,
このリング状の磁石に対して
05:33
theその superconductor超伝導体 will意志 be〜する ableできる to freely自由に rotate回転する aroundまわり theその axis of theその magnet磁石.
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なぜ? Becauseなぜなら asとして long長いです asとして itそれ rotates回転する, theその lockingロック is maintained維持された.
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君は see見る? I canできる adjust調整する andそして I canできる rotate回転する theその superconductor超伝導体.
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我々 have持ってる frictionless無摩擦 motionモーション. Itそれ is stillまだ levitating浮上する, butだけど canできる move動く freely自由に allすべて aroundまわり.
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そう, we我々 have持ってる quantum量子 lockingロック andそして we我々 canできる levitate浮上する itそれ on top of thisこの magnet磁石.
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
06:02
Butだけど howどうやって manyたくさんの fluxonsフラクソン, howどうやって manyたくさんの magnetic磁気 strandsストランド are thereそこ in aa singleシングル diskディスク like好きな thisこの?
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よく, we我々 canできる calculate計算する itそれ, andそして itそれ turnsターン outでる, quiteかなり aa lotロット.
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
06:18
One1 hundred billion strandsストランド of magnetic磁気 fieldフィールド inside内部 thisこの three-inch3インチ diskディスク.
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
06:21
Butだけど that'sそれは notない theその amazing素晴らしい part yetまだ, becauseなぜなら thereそこ is something何か I haven't持っていない told言った you君は yetまだ.
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そして, yeahええ, theその amazing素晴らしい part is thatそれ thisこの superconductor超伝導体 thatそれ you君は see見る hereここに
驚くべきことに
ご覧になっている超伝導体の
06:32
is onlyのみ halfハーフ aa micronミクロン thick厚い. It'sそれは extremely極端な thin薄いです.
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
06:38
Andそして thisこの extremely極端な thin薄いです layer is ableできる to levitate浮上する moreもっと thanより 70,000 times itsその own自分の weight重量.
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それは aa remarkable顕著 effect効果. It'sそれは very非常に strong強い.
驚異的な現象であり 大変強力です
06:55
Now, I canできる extend拡張する thisこの circular円形 magnet磁石,
この円状の磁石を大きくして
07:01
andそして make作る whateverなんでも trackトラック I want欲しいです.
自由な線路を作る事が可能です
07:04
Forために example, I canできる make作る aa large circular円形 railレール hereここに.
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そして whenいつ I place場所 theその superconducting超伝導 diskディスク on top of thisこの railレール,
この上に超伝導体を乗せると
07:13
itそれ moves動き freely自由に.
このようの自由に動きます
07:20
(Applause拍手)
(拍手)
07:24
Andそして again再び, that'sそれは notない allすべて. I canできる adjust調整する itsその positionポジション like好きな thisこの, andそして rotate回転する,
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そして itそれ freely自由に moves動き in thisこの new新しい positionポジション.
新しい位置を保って動きまわります
07:38
Andそして I canできる even偶数 tryお試しください aa new新しい thingもの; let'sさあ tryお試しください itそれ forために theその first最初 time時間.
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
07:45
I canできる take取る thisこの diskディスク andそして put置く itそれ hereここに,
このディスクをここに乗せて
07:49
andそして whilewhile itそれ stays滞在する hereここに --- don'tしない move動く ---
ここに留まっている間に
ー 動かないで ー
07:55
I will意志 tryお試しください to rotate回転する theその trackトラック,
線路をひっくり返してみます
07:58
andそして hopefullyうまくいけば, ifif I didした itそれ correctly正しく,
うまくいけば
08:04
itそれ stays滞在する suspended中断した.
ぶら下がった状態を保つでしょう
08:07
(Applause拍手)
(拍手)
08:09
You君は see見る, it'sそれは quantum量子 lockingロック, notない levitation浮上.
これが量子固定です
浮遊ではありません
08:18
Now, whilewhile I'll私はよ let〜する itそれ circulate循環する forために aa little少し moreもっと,
しばらくグルグルと回っている間に
08:25
let〜する me telltell you君は aa little少し bitビット about superconductors超伝導体.
超伝導体についてもう少し説明しましょう
08:29
Now --- (Laughter笑い) ---
それでは ー(笑)ー
08:33
Soそう we我々 now know知っている thatそれ we我々 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,
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
08:39
soそう we我々 canできる useつかいます themそれら to produce作物 strong強い magnetic磁気 fieldsフィールド,
これらを使ってMRIや量子加速装置のための
08:46
suchそのような asとして needed必要な in MRImri machines機械, particle粒子 acceleratorsアクセラレータ andそして soそう on.
強力な磁界を発生させたりすることができます
08:51
Butだけど we我々 canできる alsoまた、 store格納 energyエネルギー usingを使用して superconductors超伝導体,
また 超伝導体を使えば
エネルギーを損失させずに
08:56
becauseなぜなら we我々 have持ってる noいいえ dissipation散逸.
貯蔵することもできます
09:01
Andそして we我々 couldできた 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.
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想像する you君は couldできた backバック upアップ aa singleシングル powerパワー station with〜と aa singleシングル superconducting超伝導 cableケーブル.
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
09:10
Butだけど what is theその future未来 of quantum量子 levitation浮上 andそして quantum量子 lockingロック?
量子浮遊や量子固定の未来は
どうなるでしょうか?
09:19
Wellよく, let〜する me answer回答 thisこの simple単純 question質問 by〜によって giving与える you君は 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想像する you君は would〜する have持ってる aa diskディスク similar類似 to theその one1 I have持ってる hereここに in myじぶんの handハンド,
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-inch3インチ diameter直径, with〜と aa singleシングル 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
09:37
Theその superconducting超伝導 layer, instead代わりに of beingであること halfハーフ aa micronミクロン thin薄いです,
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
09:41
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.
2ミリの薄さだとします
それでもかなり薄いです
09:46
Thisこの two-millimeter-thin2ミリメートル薄い superconducting超伝導 layer couldできた holdホールド 1,000 kilogramsキログラム, aa small小さい car, in myじぶんの handハンド.
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
09:49
Amazing素晴らしい. Thank感謝 you君は.
驚くべきことです
ありがとうございました
10:00
(Applause拍手)
(拍手)
10:03
Translated by Yuki Okada
Reviewed by Akiko Hicks

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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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