Name: 量子ダイヤモンドは宇宙衝突の検出にどのように役立つか (How Quantum Diamonds Will Help Us Detect Cosmic Collisions)
Uploaded: 2020-10-08T19:27:33.000Z
Duration: 4 min 29 s

関係詞節（制限と非制限）

Back in 2015, the two detectors that make up the experiment called LIGO made waves.

2015年に戻って、LIGOと呼ばれる実験を構成する2つの検出器が波紋を呼びました。

Well, technically they detected waves — they picked up the gravitational waves

まあ、技術的には波を検出したんだ、重力波を拾ったんだ。

2つのブラックホールが合体することで生成される。

It was no small feat, but LIGO is no small experiment;

小さなことではありませんでしたが、LIGOは小さな実験ではありません。

in order to suss out the signal, the observatories had to use laser beams several kilometers long.

信号を解析するためには、数キロの長さのレーザー光を使用しなければなりませんでした。

Now, some researchers believe they can build instruments that can detect gravitational waves even LIGO can't see —

現在、一部の研究者は、LIGOでさえも見えない重力波を検出できる装置を作ることができると考えています。

instruments that would be small enough to fit on a table top.

机の上に置くには十分な大きさの楽器。

To understand what makes this such an impressive claim, first you have to know what an interferometer is.

このような印象的な主張をするものを理解するためには、まず、干渉計が何であるかを知る必要があります。

Interferometers like those used by LIGO, which is short for Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,

LIGO（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatoryの略）で使用されているような干渉計。

take advantage of how beams of light interact with each other to take measurements.

光のビームがどのように相互作用するかを測定するために利用します。

Light behaves like a wave with peaks and troughs,

光はピークとトラフのある波のように振る舞います。

and when two waves of light interact, their waves will combine either constructively or destructively.

そして、2つの光の波が相互作用するとき、その波は建設的にも破壊的にも結合します。

For example, when the peaks of two different waves sync up, they'll produce a taller peak.

例えば、2つの異なる波のピークが同期すると、より高いピークが出てきます。

But when a peak and a trough come together, they'll cancel each other out.

しかし、ピークとトラフが一緒になると、お互いに相殺されてしまいます。

These combinations produce an interference pattern that can be measured and analyzed.

これらの組み合わせは、測定および分析が可能な干渉パターンを生成します。

LIGO's two detectors each use a laser with a  beam that's split and sent down perpendicular paths each 4 kilometers long.

LIGOの2つの検出器はそれぞれレーザーを使用していますが、このレーザーは分割されたビームで、4kmの長さの垂直な経路を通って送られます。

At the end of the path is a mirror, which bounces the beam back towards the beam splitter.

パスの先にはミラーがあり、ビームをビームスプリッターに向かって跳ね返す。

For some interferometers' purposes that would be more than enough distance, but each of LIGO's arms actually has a second mirror by the beam splitter,

いくつかの干渉計の目的のためには、それは十分な距離以上であるだろうが、LIGOの各アームは、実際にはビームスプリッターによって第2のミラーを持っています。

which bounces the laser back over and over again,

レーザーが何度も何度も跳ね返ってくる。

making each beam of light travel 1,200 kilometers before they're allowed to recombine and produce an interference pattern.

光の一本一本を1200キロの距離を移動させてから再結合させ、干渉パターンを生成させます。

Any tiny vibration that moves the mirrors affects the interference pattern,

ミラーを動かす小さな振動は、干渉パターンに影響を与えます。

and LIGO can pick up vibrations 10,000 times smaller than a proton,

とLIGOは陽子の1万倍も小さい振動を拾うことができます。

making its interferometers the most sensitive in the world.

その干渉計を世界で最も感度の高いものにしています。

But even LIGO's incredible sensitivity still isn't enough to detect relatively low-frequency gravitational waves.

しかし、LIGOの驚異的な感度でも、比較的低周波の重力波を検出するにはまだ十分ではありません。

To detect those with lasers, we would have to build interferometers in space with baselines that are hundreds of thousands of kilometers long.

レーザーで検出するためには、何十万キロもの長さのベースラインを持つ干渉計を宇宙に作らなければなりません。

So, some scientists at the University College London decided to explore another method of making interferometers.

そこで、ロンドン大学カレッジの科学者たちは、干渉計を作る別の方法を探ることにしました。

One that involves quantum mechanics and diamonds.

量子力学とダイヤモンドが関係しているもの

The proposed device would use nanoscale diamonds with defects, called nitrogen-vacancy centers or N-V centers.

提案されているデバイスは、窒素-空孔センターまたはN-Vセンターと呼ばれる欠陥を持つナノスケールのダイヤモンドを使用します。

In an N-V center, a nitrogen atom takes the place of a carbon atom and an empty spot in the diamond lattice is left open next to it.

N-V中心では、窒素原子が炭素原子の場所を取り、ダイヤモンド格子の空のスポットは、それの隣に開いたままになっています。

This defect can be treated like two unpaired electrons and its spin can be manipulated.

この欠陥は、2つの不対向電子のように扱うことができ、そのスピンを操作することができる。

In fact, these crystals are already used in one approach to quantum computers.

実際、これらの結晶は、量子コンピュータのあるアプローチですでに使われています。

The researchers propose a device that would trap the crystals and use microwaves to put their spins in superposition,

研究者たちは、結晶をトラップし、マイクロ波を使ってスピンを重ね合わせる装置を提案している。

meaning the same N-V center exists simultaneously in two states.

同じN-V中心が2つの状態で同時に存在することを意味します。

Weird, I know — but that's the quantum realm for you.

奇妙なことだが、それは君のための量子領域だ。

Anyway, when a magnetic field is applied to the crystals, the two spin states should separate and travel along different paths before meeting up again.

いずれにしても、結晶に磁場を印加すると、2つのスピン状態が分離し、異なる経路をたどって再び合流するはずです。

Like LIGO's split laser beams, tiny changes in space should create a  pattern that can be measured and analyzed.

LIGOのスプリットレーザービームのように、空間の小さな変化は、測定して分析できるパターンを作る必要があります。

The researchers believe a device like this that's as small as 1 meter long could reveal low frequency gravitational waves,

研究者たちは、このような1メートルほどの小さな装置が、低周波の重力波を明らかにする可能性があると考えています。

and even help us study the quantum character of gravity.

また、重力の量子的な性質を研究するのにも役立ちます。

Of course, there's one enormous catch: the technology to build an interferometer like this doesn't exist yet.

もちろん、このような干渉計を作る技術はまだ存在していません。

The scientists are confident that it can be realized in the near future, but until the necessary breakthroughs arrive,

科学者たちは、近い将来に実現できると確信しているが、必要なブレイクスルーが来るまでは。

I'll just pin my hopes on the next big laser interferometer —

私は次の大きなレーザー干渉計に期待しています。

ESA and NASA's space-based LISA, a laser interferometer made up of three different spacecraft which is set to launch sometime in the early 2030s.

ESAとNASAの宇宙ベースのレーザー干渉計「LISA」は、2030年代初頭のいつかの打ち上げを予定している3つの異なる宇宙船で構成されています。

Either way, I can't wait for what comes next.

どちらにしても、次が待ち遠しいですね。

LIGO's detectors are so sensitive they can pick up vibrations in the Earth from sources thousands of miles away.

LIGOの検出器は非常に感度が高く、何千マイルも離れた場所から地球の振動を拾うことができます。

That's why it uses two detectors, one in Louisiana and one in Washington State,

だからルイジアナ州とワシントン州の2つの検出器を使っている。

each acting as a noise filter for the other.

それぞれが他のノイズフィルタとして機能します。

Since its groundbreaking 2015 discovery, LIGO has been finding more gravitational waves.

2015年の画期的な発見以来、LIGOはさらに多くの重力波を発見しています。

Earlier in 2020, it detected a neutron star collision. Maren has more on that here.

2020年の初めに 中性子星の衝突を検出しましたマレンはここに詳しく書いています

Which approach do you prefer: lasers or quantum mechanics?

レーザーと量子力学、どちらのアプローチがいいですか？

Let us know in the comments, don't forget to subscribe, and I'll see you next time on Seeker.

次回はシーカーでお会いしましょう。