単一電子の物質波を螺旋状に変えることに成功

今回はまず量子力学で重要な物質波の解説を行いつつ、後半で研究の詳細に触れたいと思います。

研究内容の詳細は『Science』に掲載されました。

全ての物質は波になれる

量子力学の世界では、電子や原子だけでなく、分子や結晶など、どんな物質も「波」の性質を持つことが理論的に示されています。

古典的には「ものは粒、光は波」と教わりますが、量子力学によって「粒子にも波の性質があり、光にも粒子の性質がある」ことが明らかになりました。

たとえばサッカーボールのような球状構造をもつフラーレン（炭素原子が数十個集まって球体を形成する巨大分子）を用いた二重スリット実験が行われた例もあり、私たちの感覚では“粒子”としか思えないほど大きく重い存在も「波」としてふるまい得ることを示唆しています。

（※さらに炭素1万個ぶんの質量をもつテイラーメイド分子での二重スリット実験も報告されています）

このように本来ならば粒子と考えられがちな物体が「波」として振る舞うとき、その波のことを、その粒子の「物質波」と呼びます。

身近な食卓塩（塩化ナトリウム: NaCl）や水（H2O）にも物質波は存在します。

これらは普段は目に見える粒子として存在し、塩なら結晶の粒、水ならコップに満ちた液体の姿です。

ところが、塩の結晶を極小スケールにまで細かく砕き、そのひとかけら（ナトリウムイオンと塩化物イオンのペア）を単独で取り出したり、あるいは水分子1個だけを捕まえて十分に小さな空間内で動かしたりすると、量子力学的な「波」のふるまいを示す可能性が出てきます。

これは理論的には「塩の物質波」や「水の物質波」が存在し得ることを意味します。

では、人間のような大きい塊（かたまり）も物質波になり得るのでしょうか？