ないはずがない！ 光操り探究心と忍耐力を体现
「目で见ることができる光や物质のことを、もっと理解したい」。そんな思いで、突き进んできました。2015年4月に东京大学の総长に就任した五神真教授。光を使って物理现象を解明する光物性物理を中心に重ねてきた辉かしい実绩の里には、目の前のことにとことん向き合う探究心と、极限に挑む忍耐力がありました。
疑似的な粒子の振る舞い
図1：ボース?アインシュタイン凝缩のイメージ図
粒子は冷却が进むにつれて波の性质を见せるようになります。絶対零度に近い极低温では、粒子の集団がまとまって振る舞うようになり、个々の粒子の波の性质が一致してそろい、一つの大きな波になります。この现象をアインシュタインと同时期に活跃したインドの物理学者、ボースにちなんでボース?アインシュタイン凝缩と呼びます。
© 2015 東京大学
五神総长はこれまで、最先端の新たなレーザー技术を次々と开発し、それを活用して半导体から気体原子まで幅広い物质を対象とした研究を推进してきました。その中でも、五神総长の探究心と忍耐力を体现する代表的な研究に「励起子（れいきし）のボース?アインシュタイン凝缩」が挙げられます。
ここで励起子とは、半导体等の结晶が光エネルギーを吸収した时につくられるものです。半导体では、光エネルギーを吸収して飞び出した电子と、その电子の抜け穴の正孔が生じます。电子はマイナス、正孔はプラスの电荷をもち、互いに引きつけ合います。全体で中性を示すこの状态を、拟似的な粒子と考え、励起子と呼ぶのです。
また、ボース?アインシュタイン凝缩（以下叠贰颁）は、粒子が高い密度かつ极低温で生成された时に、个别の粒子とは全く别の集団として振る舞う现象です（図1）。1920年代にアインシュタインが予言し、90年代にナトリウム原子などで确かめられました。
数々の课题を乗り越えて
図2：高密度かつ超低温で励起子を作るために必要な実験装置
実験室には0.1ケルビン以下という超低温状态で光や物质を観测するための装置が并びます。その中には、励起子をつくるためのレーザー光线が含まれます。レーザーには加热効果があるため、半导体にレーザーを无造作に当てれば温度が上がってしまいます。半导体に高い光エネルギーを加えながらも低い温度が保つ工夫が励起子のボース?アインシュタイン凝缩の键となります。
提供：东京大学大学院理学系研究科 五神?汤本?吉冈研究室
&濒诲辩耻辞;拟似的な粒子&谤诲辩耻辞;である励起子も同様に叠贰颁を起こすという议论は、50年以上続きながら谁も実証には成功していませんでした。2000年には励起子の叠贰颁は起こらないという报告をアメリカのグループが出す中、五神総长らは2011年、励起子も叠贰颁を起こすことを间接的に示したのです。「とにかく目の前のことを理解したい。そのために必要な技术を开発して、ひとつひとつ解决してきた。この実験のために必要なレーザー光も自分たちで作った」（図2）。
叠贰颁を実証するためには、まず、计画通りに低温で高密度の励起子が作れているかを确かめるところから始めなければなりません。普通、励起子が消灭するときに発生する光を検出すればそれがわかります。しかし、五神総长らが扱っていた叠贰颁に最适な励起子は、亜酸化铜という半导体の中で生成される、光らない特殊なものでした。そこで、レーザー光で励起子を可视化する方法を新たに开発して、その温度と密度を测定できるようにしました。
図3：励起子の叠贰颁形成にともなう、「缓和爆発」现象
大量に作った励起子を天然で纯度の高い亜酸化铜の结晶内に闭じ込めて、励起子の叠贰颁が存在することを示した2011年の実験结果。今后はさらに低い0.1ケルビン以下で励起子の叠贰颁をより详しく研究する考えで、光を操りながら&谤诲辩耻辞;极限&谤诲辩耻辞;まで冷やす挑戦が続きます。
提供：东京大学大学院理学系研究科 五神?汤本?吉冈研究室
すると、液体ヘリウムを使って1.6ケルビン（摂氏-271.6度）に冷やし、励起子の密度を上げても、互いに衝突してすぐに自発的に壊れてしまうことがわかりました。これは温度が高过ぎて、励起子の叠贰颁は现れないことを意味します。諦めてもおかしくはない状况でしたが、「それならばもっと冷やせ、という一心だった」と五神総长。时代とともに进歩する低温技术を取り入れながら、レーザー分光技术などを突き詰め、絶対零度に极限まで迫っていきました。「やはり励起子の叠贰颁はあった！」。2011年、励起子の温度が0.8ケルビンのとき、叠贰颁が存在することを示してみせたのです（図3）。
光物性物理の道へ
五神総长の研究活动の原点は、东京大学の学部生时代にありました。当时レーザーの第一人者であった霜田光一先生の授业などを通じて、レーザーが「光源」だけでなく「物质を操作する手段」としても活用できることに兴味を持ちました。4年生の五月祭では、友人と一绪にレーザーを自作したこともあります。「手に取ることのできる物の性质を物理として理解したいという」强い思いと「シンプルな法则から考えを构筑し、その考えを自分の手で确认できる物理学は美しい」哲学。理学部物理学科に进学する同级生の多くが兴味を持っていた素粒子分野ではなく、光物性物理を选びました。
図4：入学式で総长として式辞を述べる五神教授
「考え続ける忍耐力」の重要性を説く言叶に力がこもりました。
撮影：尾関 裕士
「実験はシステマティックに物理に近づくことができる。わかりやすい目标を设定してクリアするというステップを繰り返して、ここまで続けてきた」と五神総长。基础研究に迈进した结果は、レーザーの小型化や高性能化などによる、产业を通じた社会への贡献にもつながっています。
くしくも国际光年に初めて総长として迎えた今年の入学式。新入生に対し「知のプロフェッショナル」になるように求め、「考え続ける忍耐力」「自ら原理に立ち戻って考える力」の重要性を説きました（図4）。自ら歩んできた研究人生のように辛抱强く、确実に物事を进める后进の研究者が励起子の叠贰颁の存否についてより确度の高い証拠を発表する日を待ちかねています。
取材?文：谷 明洋
取材协力
五神真総长
