元スレ【物理化学】分子内の電子波動関数の変化を「100アト秒」で測定する技術を開発　早大など

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1 = :

早稲田大学理工学術院は、分子内の電子波動関数の変化を、「100アト秒」(1アト秒=1018の1秒=100京分の1秒)
という従来にない超極短時間の分解能で測定したことを発表した。

今回の研究は先進理工学部准教授の新倉弘倫氏らと、カナダ国立研究機構と共同で行われ、米国物理学会誌
「Physical Review Letters」オンライン版で公開された。

電子は原子や分子の中で、ある確率に従って分布しており、その空間分布や位相は「波動関数」として表される。
ご存じの方も多いかと思うが、波動関数とは大ざっぱにいって「この位置にこの電子がある確率は何パーセント」
という形で表現するもので、我々の日常的なスケールの世界における物体のように、1つの場所に絶対的に存在
するわけではない。よく、原子核の周りを小さな球体が周回しているようなイラストがあるが、あれはわかり
やすくするために一種のデフォルメであり、より正確な表現をすれば、電子が原子核を雲状に覆っているのが近い。

その分子中の電子状態や波動関数は、光などの外部からの刺激によって変化し、化学反応を初めとするさまざまな
物性の現象を引き起こす。よって、電子の空間分布(波動関数)がどのように変化するかを実時間で追跡し測定
することは、有機反応や生体反応における選択性や、物質の新たな機能の解明などにつながると期待されている。

一般的に分子振動や物質の構造変化はフェムト秒(1015の1秒=1000兆分の1秒)の時間領域で起こるが、さまざまな
電子の運動を測定するためには、アト秒の時間分解能が必要という。複雑なエネルギー準位を持つ分子について、
内部の電子波動関数の時々刻々の変化などを調査する場合などは、特にアト秒単位の精度が必要で、新たな
測定法の開発が求められていた。ちなみに1アト秒間では、1秒間に約30万km進める光ですら、わずかに約0.3μm
しか進めないという、とてつもなく短い時間である。

今回の研究法では新たな実験方法を開発し、初めてアト秒の時間分解能でエタン分子の中を動く電子波動関数の
変化を測定。まず、エタン分子を高強度のフェムト秒レーザーパルスでトンネルイオン化。イオン化時に、
分子の価電子状態に約2.0フェムト秒の周期を持つ電子運動(電子波束運動)が生じるので、その電子波束をイオン化
によって同時に分子から放出された電子(=「再衝突電子」)を用いて検出するという仕組みだ。

再衝突する際に「高次高調波」と呼ばれるコヒーレント(レーザーのように周波数のそろった状態)な
極端紫外～軟X線が発生するので、適切な発生条件を実験的に選ぶことで再衝突する時間に変換できるという
わけである。また、高次高調波の偏光方向は分子内の電子の空間分布を反映する。偏光方向の時間変化を測定する
ことで、分子内でどのように電子運動が起こっているかが観測できるのだ。

実験ではさらに、分子に対してさまざまな角度から再衝突電子を当て、その結果として生成した高次高調波の
偏光方向を測定。それぞれの再衝突(検出)時間において、分子内の電子がどのような空間分布を持つのかを測定した。
その結果、電子が動き出してから約800アト秒後より1500アト秒までの約700アト秒の間、エタン分子内の電子
波動関数の空間分布が大きく変化していることを観測できたという。

今回新たに開発された電子運動の測定法は、時間分解能の追求だけでなく、化学反応途中や生体分子における
分子内の電子移動を波動関数の変化としてリアルタイムで観測するための基板技術となるとしている。

▽図　今回の実験で開発された測定方法のイメージ
▽記事引用元　マイコミジャーナル（2011/08/25）
http://journal.mycom.co.jp/news/2011/08/25/087/index.html

▽Physical Review Letters
「Probing the Spatial Structure of a Molecular Attosecond Electron Wave Packet Using Shaped Recollision Trajectories」
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v107/i9/e093004

2 :

アト何秒？

3 :

これは意外と評価していい成果かも

4 :

>>2
もうねぇって言ってんだろ

5 :

>>2
神武以来の業績

6 :

最近ネトゲの影響か＠幾つ？みたいな
使い方する奴がいて気に食わない。

7 :

こういう単位を、
扱いもしなかった昔の人達が用意していたという・・。

8 :

よくわからんが測定した結果を記録する時間の誤差のほうが大きくて正確に測れるもんかいな

9 :

このあとあと

10 :

分解能を向上させたら確率じゃなくて実体の存在位置が確定したりとかしないのか？

11 :

すげー
と思ったら、プランク時間にはまだまだ遠いのか
この宇宙やばいな、やっぱり

12 :

>>10
物体は波束でしかないからそれは絶対無い

観測して初めて存在位置が確定する

13 :

すげーな
１秒分の機動をデータ化したらそれだけで地球上のHDDを飲み込んでしまう

14 :

これで波動砲を撃てるようになりますか？

15 :

単位になじみが無さ過ぎて、どれくらい短い時間なのかわかんないｗ

16 :

100秒後ならわかるお！

17 :

これってシュレディンガー方程式がどったらこったら言う奴か，大昔習った
ような気がするが，今は記憶の彼方。

18 :

>>11

プランク時間は人間の想定なんじゃないっけ、今のところ。

19 :

シュレディンガー音頭age

20 :

波動関数の収束って具体的にどういう事が起きているのかは、
まだよく分かってないんだよな。
いくつかの解釈はあるけど。

21 = 20 :

解釈といっても一般的な意味の解釈じゃ無くて、
仮説の方が意味が近いけど。

23 :

波のようで粒子のようで

存在確率がなんたらかんたら

24 = 18 :

つか、なぜにエタン・・・。
ベンゼンでやってみてほしい。
それと触媒反応関連。

25 :

この成果
ノーベル科学くらいじゃね
これ

26 :

電子状態の遷移って超高速というよりは瞬時、即時に変化するもんだと考えられてんじゃないの？

27 :

神はサイコロを振らない！！！

28 :

昔から皆当然のように想像はしてたみたいだけど実際に測定、証明するのは大変だよね

29 = 18 :

ただちにも、超高速も、瞬時や即時も、曖昧さで言えば同じことだよ。

30 :

波動関数か、
結局、虚数に支配されているから
確率でしか電子の位置を捉えられない。

32 = 26 :

あと、この記事書いたライターは多少なりとも理解して書いているのだろうか？
物理学科卒の俺でも「トンネルイオン化」って何？状態なんだが・・・
波動関数の空間分布が分かる程の途中干渉が反応過程に影響与えずに済むとも思えないので
同一状態の多数の分子を用意して刻一刻とサンプリング観測しているんじゃないかと思うが紹介記事だけ読んでもその辺りは分からない

33 :

早稲田頑張ったなあ
理工学部落ちて教育数だけど誇らしい

34 :

で、実際に測定した結果はどこかにないの？

35 :

>>1
この前「SACLA」の話題でやっと「フェムト秒」って単位覚えたのに
今回は「アト秒」か・・・　俺はアトピーだが・・・
時代の流れは早いな

36 :

なるほどわからん！

37 :

アトー、アトー、アトー。
アチョー、アトー、アトー、アチョー！

まるでブルースリーみたいな速さで
観測攻撃を加えるイメージが浮かんだわ。

38 :

毎回同じ波動関数分布になってるってこと
エルゴート仮説か

39 :

いいねえ。やるじゃない、早稲田。こういう研究結果を待っていた。
ナノロボ誕生へ近づいたな。

40 :

このあとすぐ

41 :

電子波動関数の変化ってことは何回も実験を繰り返して確率密度がどう変化していくかを調べたってこと？

46 :

結局、波動関数の形が変わるのか、多元論的に収束するのか、これで分かるの？

47 :

こんな早く動作するデジタル信号ってあるの？

48 = 47 :

>>43
不確定性原理から　この測定の誤差はどのくらいと推定できるのさ？

49 :

私大の理系のこの手のニュースって珍しいな

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