1+(-1)=0を証明した光実験

「1 + (-1) = 0」。

数学では当たり前のこの計算が、光の世界でも成り立つのでしょうか？

フィンランドのタンペレ大学（TAU）などで行われた研究により「たった1個の光の粒（光子）を消滅させ、新たに2個の光子として生まれ変わらせる」という非常に特殊な現象の観測に成功しました。

さらに研究では最初の1個の光子がねじれが「０」の時に、新たに生じた2個の光子の一方が「+1」のねじれを持ったなら、もう片方は「-1」で帳尻を合わせるかを確かめました。

つまり、光子が消滅して新たな光子に生まれ変わるときに、「運動量の保存則」が本当に量子レベルでも保たれるのかを確認したのです。

はたして、光の世界でも「1+(-1)=0」というルールは、ミクロな量子現象を乗り越えて成り立ったのでしょうか？

研究内容の詳細は2025年5月20日に『Physical Review Letters』にて発表されました。

「1 + (-1) = 0」になるのか？

私たちの身の回りの世界では、「保存則」と呼ばれる基本的なルールが存在します。

まず分かりやすい例として、ビリヤード玉同士がぶつかる場面を考えてみましょう。

このとき玉が持つ「運動量」（運動の勢い）は、一方の玉からもう一方へと移動しますが、その総量は必ず変わりません（これを運動量保存則といいます）。

一方で、物が回転しているときにも「角運動量」（回転の勢い）が保存されます。

このように、物体の動きや回転に関する保存則が、物理学の基本なのです。

ところが興味深いことに、私たちが普段目にしている物だけでなく、「光」も回転するような性質を持っています。

この光の回転は、「軌道角運動量」と呼ばれる特別な性質によるものです。

これは光がまっすぐ進むのではなく、ねじれながら進むときに現れる性質です。