光子は力を媒介とするゲージ粒子

 光の粒子「光子」。光の実体を「粒」とする粒子説と「波」とする波動説の論争は、干渉実験などで波動説が優位に立ったが、1905年、A.アインシュタインは、光を受けた物質が電子を出す光電効果を、光を1粒、2粒と数える光量子の考え方で説明した。量子力学は「光は粒子であり、波である」とみる。1粒のエネルギーは、振動数ν(ニュー)の光でhν(hはプランク定数)。質量はゼロ。スピンは1。

 光子はまた、力を媒介する基本粒子(ゲージ粒子)としての性質がある。例えば物質に力を加えると物質内の電子が移動する。それが元に戻ろうとするときに光子を生じる。核分裂反応や核融合反応では、粒子と粒子がぶつかり合い、新しい元素が多量に生じる。この時、電子の位置が激しく遷移するので光子も多量に発生する。これが太陽エネルギーの源である。

 これまで、物質から光子を取り出すことはできたが、光子から物質を造ることには成功していなかった。今回、国立研究開発法人情報通信研究機構(NICT)は、日本電信電話株式会社(NTT)、カタール環境エネルギー研究所(QEERI)と共同で、超伝導人工原子とマイクロ波光子の相互作用の強さを系統的に変え分光実験を行った結果、人工原子に光子がまとわり付いた分子のような新しい最低エネルギー状態(基底状態)が存在することを発見した。



空間子理論から解った < 光子 >
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