What is the coldest thing in the world? - Lina Marieth Hoyos

翻訳: Arisa Tabata 校正: Tomoyuki Suzuki

The coldest materials in the world aren’t in Antarctica.

世界で一番温度低い物質は 南極にはありません

They’re not at the top of Mount Everest

エベレストの山頂にもなければ

or buried in a glacier.

氷河にも埋まっていません

They’re in physics labs:

これは物理学研究所にあります

clouds of gases held just fractions of a degree above absolute zero.

絶対零度よりほんのわずかに 高い温度で保たれたガス雲です

That’s 395 million times colder than your refrigerator,

それは冷蔵庫の3億9500万分の１

100 million times colder than liquid nitrogen,

液体窒素の１億分の１

and 4 million times colder than outer space.

宇宙空間の400万分の１の 冷たさです

Temperatures this low give scientists a window into the inner workings of matter,

これほど低い温度のものは 物質内部の仕組みを知る契機を科学者に与え

and allow engineers to build incredibly sensitive instruments

とても感度の高い機器を エンジニア達が作ることが可能になります

that tell us more about everything

これは あらゆることについて―

from our exact position on the planet

地球上の正確な位置から

to what’s happening in the farthest reaches of the universe.

遠い宇宙の果てにおける出来事まで より詳しく知ることを可能にします

How do we create such extreme temperatures?

このような極端な温度は どのように作るのでしょう？

In short, by slowing down moving particles.

簡単に言えば 動いている粒子を 減速させたのです

When we’re talking about temperature, what we’re really talking about is motion.

温度といえば 実は運動について語っているのです

The atoms that make up solids,

固体、液体、気体を構成する原子は

liquids,

and gases

are moving all the time.

常に動いています

When atoms are moving more rapidly, we perceive that matter as hot.

粒子が活発に動いている時 私たちはその物質が熱いと感じます

When they’re moving more slowly, we perceive it as cold.

ゆっくり動いている時は 冷たいと感じます

To make a hot object or gas cold in everyday life,

日常生活で熱い物や気体を 冷却するには

we place it in a colder environment, like a refrigerator.

冷蔵庫のような 冷たい環境に置きます

Some of the atomic motion in the hot object is transferred to the surroundings,

熱い物質の原子運動の一部は 周囲に伝達し

and it cools down.

自らは冷却されます

But there’s a limit to this:

しかしこれには限界があり

even outer space is too warm to create ultra-low temperatures.

宇宙空間でさえ極低温を作り出すには 温かすぎるのです

So instead, scientists figured out a way to slow the atoms down directly –

科学者は その代わりに原子運動を 直接遅くさせる方法を考え出しました

with a laser beam.

レーザー光による方法です

Under most circumstances,

大概の状況下で

the energy in a laser beam heats things up.

レーザー光のエネルギーは 物を温めます

But used in a very precise way,

しかし ある非常に精密な方法によって

the beam’s momentum can stall moving atoms, cooling them down.

レーザー光のもつ運動量が原子を失速させ 冷却することができます

That’s what happens in a device called a magneto-optical trap.

磁気光学トラップとよばれる機器の中では このような現象が起きています

Atoms are injected into a vacuum chamber,

原子は真空チャンバーに注入され

and a magnetic field draws them towards the center.

磁場によって中心に集まります

A laser beam aimed at the middle of the chamber

真空チャンバーの中心に あてられたレーザー光は

is tuned to just the right frequency

ちょうど良い振動数に調整され

that an atom moving towards it will absorb a photon of the laser beam and slow down.

レーザー光と逆向きに動く原子は 光子を吸収して減速します

The slow down effect comes from the transfer of momentum

この減速効果は原子と光子間で

between the atom and the photon.

運動量が移動することから生まれます

A total of six beams, in a perpendicular arrangement,

直交するように配置された ６つの光線が

ensure that atoms traveling in all directions will be intercepted.

あらゆる方向に移動している原子を 確実に捉えます

At the center, where the beams intersect,

光線が交わる中心では

the atoms move sluggishly, as if trapped in a thick liquid —

原子はまるで濃い液体の中に 捕まったかのように鈍く動き

an effect the researchers who invented it described as “optical molasses.”

これを発明した研究者はこの効果を 「光糖蜜」と呼んでいます

A magneto-optical trap like this

このような磁気光学のトラップは

can cool atoms down to just a few microkelvins —

原子を絶対温度で百万分の数度にまで 冷却することができ

about -273 degrees Celsius.

これは およそ-273℃に相当します

This technique was developed in the 1980s,

この手法は1980年代に開発され

and the scientists who'd contributed to it

開発に貢献した科学者は

won the Nobel Prize in Physics in 1997 for the discovery.

1997年にノーベル物理学賞を 受賞しました

Since then, laser cooling has been improved to reach even lower temperatures.

それ以降 レーザーによる冷却は改良され より低い温度に達することができています

But why would you want to cool atoms down that much?

しかしそれほど原子を 冷却する意味は何なのでしょう

First of all, cold atoms can make very good detectors.

第１に 極低温原子はとても性能の良い 検知器になり得るということです

With so little energy,

原子のエネルギーはわずかなので

they’re incredibly sensitive to fluctuations in the environment.

原子は周囲の揺らぎに 非常に敏感に反応します

So they’re used in devices that find underground oil and mineral deposits,

そのため これらは地中にある石油や 鉱床を見つけるための装置に使われたり

and they also make highly accurate atomic clocks,

GPS衛星に使用されるような

like the ones used in global positioning satellites.

非常に正確な原子時計の要素になっています

Secondly, cold atoms hold enormous potential

第２に 極低温原子は 物理学の未開拓領域を探るための

for probing the frontiers of physics.

膨大な可能性を秘めています

Their extreme sensitivity makes them candidates

この非常に高い感度は

to be used to detect gravitational waves in future space-based detectors.

将来 宇宙で重力波の検知に使用する 探知器の候補となります

They’re also useful for the study of atomic and subatomic phenomena,

またこれらは原子エネルギーの 微小な揺らぎの測定を必要とする

which requires measuring incredibly tiny fluctuations in the energy of atoms.

原子や亜原子レベルの現象の 研究に役立ちます

Those are drowned out at normal temperatures,

このような揺らぎは 常温で

when atoms speed around at hundreds of meters per second.

原子が毎秒数百メートルで動いている時は かき消されてしまいます

Laser cooling can slow atoms to just a few centimeters per second—

レーザーによる冷却は原子の速度を 毎秒数センチにまで遅くすることができます

enough for the motion caused by atomic quantum effects to become obvious.

これは原子の量子効果による運動が 明らかになるのに十分な速さです

Ultracold atoms have already allowed scientists to study phenomena

極低温原子によって可能になった研究には

like Bose-Einstein condensation,

ボース・アインシュタイン凝縮 などがあります

in which atoms are cooled almost to absolute zero

この現象では 原子はほぼ絶対零度にまで冷却され

and become a rare new state of matter.

物質の状態として 新奇な状態になるのです

So as researchers continue in their quest to understand the laws of physics

ですから 研究者たちが 物理法則を理解し

and unravel the mysteries of the universe,

宇宙の謎を解く試みを続けるには

they’ll do so with the help of the very coldest atoms in it.

最も冷たい原子の力が 必要となることでしょう