The phenomenon you saw here for a brief moment

量子浮揚と量子固定と呼ばれています

is called quantum levitation and quantum locking.

ここに浮遊していた物体は

And the object that was levitating here

超電導体と呼ばれるものです

is called a superconductor.

超電導では 物質は量子状態にあり

Superconductivity is a quantum state of matter,

特定の臨界温度以下でしか この現象は起きません

and it occurs only below a certain critical temperature.

これ自体は昔から知られた現象です

Now, it's quite an old phenomenon;

100年前に発見されました

it was discovered 100 years ago.

しかし 最近の

However, only recently,

いくつかの技術の進歩によって

due to several technological advancements,

こうやって皆さんに

we are now able to demonstrate to you

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

quantum levitation and quantum locking.

超電導体は２つの特性によって定義されます

So, a superconductor is defined by two properties.

一つ目は電気抵抗がゼロであること

The first is zero electrical resistance,

二つ目は超電導体の内部から 磁界を排除することです

and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.

複雑に聞こえますよね

That sounds complicated, right?

では 電気抵抗とは何でしょうか？

But what is electrical resistance?

電気とは 物質の中の電子の流れです

So, electricity is the flow of electrons inside a material.

これらの電子が流れる中で

And these electrons, while flowing,

原子と衝突しますが この衝突によって

they collide with the atoms, and in these collisions

いくらかエネルギーを失います

they lose a certain amount of energy.

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

And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.

しかし 超電導体の中では 衝突は起きないのです

However, inside a superconductor there are no collisions,

従って エネルギーの消失もありません

so there is no energy dissipation.

驚くべきことです 考えてみてください

It's quite remarkable. Think about it.

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

In classical physics, there is always some friction, some energy loss.

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

But not here, because it is a quantum effect.

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

But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.

循環電流によって

So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,

内部から磁界を排除しようとします

and it has the means to do that by circulating currents.

このように二つの現象の組み合わせである

Now, the combination of both effects --

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

the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --

超伝導体となるのです

is exactly a superconductor.

しかし ご存知のように 物事はそう簡単ではありません

But the picture isn't always perfect, as we all know,

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

and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.

ここにあるような適切な条件化の中で

Now, under proper conditions, which we have here,

超伝導体の内部の磁束を 閉じ込めることができます

these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.

このような超伝導体内部の磁束は

And these strands of magnetic field inside the superconductor,

離散的な量で存在します

they come in discrete quantities.

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

Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.

そしてこれらはまるで 量子粒子のように振る舞います

And it turns out that they behave like quantum particles.

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

In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.

これが磁束です これらは粒子ではありませんが

This is strands of magnetic field. These are not particles,

粒子のように振る舞います

but they behave like particles.

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

So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.

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？

But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?

内部には残った磁束がありますが

Well, first there are strands of magnetic field left inside,

超伝導体は これらが動くのを嫌います

but now the superconductor doesn't like them moving around,

磁束が動くと エネルギーが発散され

because their movements dissipate energy,

超伝導性が失われてしまうからです

which breaks the superconductivity state.

実際には フラクソンと呼ばれる

So what it actually does, it locks these strands,

これらの鎖が固定化されるのです

which are called fluxons, and it locks these fluxons 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

And by doing that, what it actually does is locking itself in place.

なぜでしょう？ 超伝導体が動くとフラクソンの

Why? Because any movement of the superconductor will change their place,

配置を変化させることになるからです

will change their configuration.

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

So we get quantum locking. And let me show you how this works.

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

I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.

通常の磁石の上に乗せると

And when I place it on top of a regular magnet,

このように空中に留まるのです

it just stays locked in midair.

（拍手）

(Applause)

これはただの浮遊でも 反発でもありません

Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.

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

I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.

このように 右や左に ずらすこともできます

Like this, or move it slightly to the right or to the left.

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

So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.

もちろん上下逆に することも可能です

Of course, I can turn it upside down,

そして そのまま固定されます

and it will remain locked.

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

Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,

ええ 理解しましたよね

Yeah, we understand that.

磁界が均一な状態にある

You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,

このリング状の磁石に対して

in which the magnetic field is the same all around,

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

the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.

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

Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.

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

You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.

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

We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.

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

So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.

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？

But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?

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

Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.

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

One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.

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

But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.

驚くべきことに ご覧になっている超伝導体の

And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here

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

is only half a micron thick. It's extremely thin.

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

And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.

驚異的な現象であり 大変強力です

It's a remarkable effect. It's very strong.

この円状の磁石を大きくして

Now, I can extend this circular magnet,

自由な線路を作る事が可能です

and make whatever track I want.

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

For example, I can make a large circular rail here.

この上に超伝導体を乗せると

And when I place the superconducting disk on top of this rail,

このようの自由に動きます

it moves freely.

（拍手）

(Applause)

これだけではありません 位置を調節して回すことで

And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,

新しい位置を保って動きまわります

and it freely moves in this new position.

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

And I can even try a new thing; let's try it for the first time.

このディスクをここに乗せて

I can take this disk and put it here,

ここに留まっている間に ー 動かないで ー

and while it stays here -- don't move --

線路をひっくり返してみます

I will try to rotate the track,

うまくいけば

and hopefully, if I did it correctly,

ぶら下がった状態を保つでしょう

it stays suspended.

（拍手）

(Applause)

これが量子固定です 浮遊ではありません

You see, it's quantum locking, not levitation.

しばらくグルグルと回っている間に

Now, while I'll let it circulate for a little more,

超伝導体についてもう少し説明しましょう

let me tell you a little bit about superconductors.

それでは ー（笑）ー

Now -- (Laughter) --

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

So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,

これらを使ってMRIや量子加速装置のための

so we can use them to produce strong magnetic fields,

強力な磁界を発生させたりすることができます

such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.

また 超伝導体を使えば エネルギーを損失させずに

But we can also store energy using superconductors,

貯蔵することもできます

because we have no dissipation.

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

And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.

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

Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.

量子浮遊や量子固定の未来は どうなるでしょうか？

But what is the future of quantum levitation and quantum locking?

この単純な質問に対して 一つ例を出しましょう

Well, let me answer this simple question by giving you an example.

ここにあるディスクと同じようなものがあるとします

Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,

直径7.5センチ程のものですが 一つ違う点があります

three-inch diameter, with a single difference.

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

The superconducting layer, instead of being half a micron thin,

２ミリの薄さだとします それでもかなり薄いです

being two millimeters thin, quite thin.

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

This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.

驚くべきことです ありがとうございました

Amazing. Thank you.

（拍手）

(Applause)