活性粒子による量子力学の理解

ミュンスター大学の理論物理学研究所の Raphael Wittkowski 教授と Uwe Thiele 教授が率いる物理学者は、多くの自己推進粒子からなるシステムのダイナミクスの新しいモデルを開発しました。

活性粒子の研究は、物理学で最も急速に成長している分野の 1 つです。物理学者は、「活性粒子」とは、内部の自己推進力の結果として自ら動く物体を指します。これらには、バクテリアや魚が泳ぐ、鳥が飛ぶ、人間が歩き回るなどの生物や、体内に挿入して薬を運ぶことができる人工ナノロボットが含まれます。

専門家が特に関心を持っているのは、鳥の群れ、バイオフィルム、人の集まりなどを理解できるように、多くの活性粒子を含むシステムの動作です。イスラエルのテルアビブ大学の Eyal Heifetz 教授と共同で、物理学者の Michael te Vrugt 博士、Tobias Frohoff-Hülsmann、Uwe Thiele 教授、ミュンスター大学理論物理学研究所の Raphael Wittkowski 教授は、多くの活性粒子からなる系のダイナミクスの新しいモデル (「アクティブ モデル I+」)。

この研究は現在、 Nature Communications誌に掲載されています。

「このモデルは特に、粒子に作用する摩擦力が小さいというシナリオを説明しています。このケースは、これまであまり調査されていませんでした」と、筆頭著者の Michael te Vrugt 氏は説明しています。彼らの研究で、チームは特定のパラメーター値のこのモデルがシュレディンガー方程式と同じに見えることを発見しました。

シュレディンガー方程式は、電子や陽子などの非常に小さな粒子の挙動を説明する量子力学の基本方程式です。この類似性により、アクティブなシステムで、量子力学から知られている効果への類似性を見つけることができます。現在の研究では、物理学者はトンネル効果と暗黒物質を研究しています。

トンネル効果とは、実際には十分なエネルギーを持っていないにもかかわらず、粒子がバリアを通過して移動する (または「トンネルを通過する」)量子力学の現象です。この効果は、放射性崩壊で役割を果たしますが、たとえばメモリ スティックにデータを保存する場合にも重要です。著者らは、レーザービームによって照射された活性粒子の密度分布が、トンネル効果における量子力学的粒子の確率分布に類似していることを 示すことができました。

暗黒物質は、可視光と相互作用せず、その組成はこれまで理解されていませんが、多くの天体観測からその存在が知られている物質の一種です。彼らの研究では、チームは現在、関連する数学モデルを比較することにより、帯電した活性粒子が暗黒物質と同様に振る舞うことを実証しました。Raphael Wittkowski は次のように述べています。

（リスト：https://phys.org/news/2023-03-quantum-mechanics-particles.html）