【量子物理学】レーザーで分子を「コマ」のように回す――超流動ヘリウムの中で、分子の回転を制御する新しい実験

中村明敬（なかむらあきのり）

2026年7月8日 14:02

著：中村明敬 & TeamsLabyrinth
協働AI：ジミー／チャッピー

量子力学の世界では、私たちの日常感覚とはかなり違う現象が起こる。

その一つが、超流動である。

超流動とは、ものすごく低い温度で液体ヘリウムなどに現れる特殊な状態で、ざっくり言えば、摩擦や粘りがほとんど消えたように振る舞う液体である。

普通の水や油なら、何かを中で動かすと抵抗を受ける。

スプーンで水をかき混ぜれば、水は押し返してくるし、やがて動きは止まる。

ところが超流動では、その常識が揺らぐ。

では、その超流動の中に分子を入れて、レーザーで高速回転させたらどうなるのか。

本当に、抵抗なく回り続けるのか。

それとも、どこかで超流動の性質が変わるのか。

今回取り上げる論文は、そのような問いに近づくための新しい実験である。

論文は、Ian MacPhail-Bartley、Alexander A. Milner、Frank Stienkemeier、Valery Milner による

“Control of Molecular Rotation in Helium Nanodroplets with an Optical Centrifuge” である。

ニュースソースは ScienceDaily／University of British Columbia、記事日付は2026年7月4日。

掲載誌は Physical Review Letters である。

1. 何をした研究なのか

この研究を一言で言えば、

超流動ヘリウムの中にある分子を、レーザーでコマのように回すことに成功した研究

である。

研究チームは、まずヘリウムナノ液滴という、とても小さな液体の粒を用意した。

ナノ液滴とは、ナノメートルサイズの小さな液滴である。

ナノメートルとは、1メートルの10億分の1という、とても小さな長さの単位である。

この小さなヘリウムの液滴は、非常に低温にすると、超流動という特殊な状態になる。

その中に分子を入れる。

そして、特殊なレーザーを当てて、その分子を回転させる。

ここで使われたのが、光遠心分離器と呼ばれる技術である。

2. 光遠心分離器とは何か

遠心分離器という言葉は、聞いたことがあるかもしれない。

理科室や実験室で、試験管を高速で回して、中に入っている成分を分ける装置である。

血液検査などでも使われる。

今回の「光遠心分離器」は、それとは少し違う。

試験管を回すのではない。

光の力で、分子そのものを回すのである。

分子は非常に小さい。

ピンセットでつかんで回すことはできない。

そこで、レーザーの電場をぐるぐる回転させる。

その回転する電場に分子をつかまえさせ、コマのように回転させる。

つまり、光遠心分離器とは、

光を使って、分子に回転を与える装置

と考えると分かりやすい。

3. なぜすごいのか

普通の気体中の分子をレーザーで回す研究は、これまでも行われてきた。

しかし今回のポイントは、分子が超流動ヘリウムの中にあることである。

空気中に浮かぶコマを回すのと、液体の中にあるコマを回すのでは、難しさがまったく違う。

しかも、その液体は普通の液体ではない。

超流動という、量子力学的な性質を持つ特殊な液体である。

超流動は「摩擦がない液体」と表現されることがある。

しかし、本当にどんな運動に対しても抵抗がないのか。

分子を高速で回したとき、周囲のヘリウム原子はどう反応するのか。

分子の回転は保たれるのか。

それとも、どこかでエネルギーが周囲に逃げていくのか。

こうしたことを調べるには、超流動中の分子を精密に回転させる道具が必要だった。

今回の研究は、その道具を実験的に示した点に意義がある。

4. 超流動は「摩擦ゼロ」なのか

ここで少し注意が必要である。

超流動は、よく「摩擦がない」と説明される。

これは高校生向けの説明としては分かりやすい。

しかし、厳密には、どんな状況でも完全に何も起こらないという意味ではない。

超流動の中に分子を入れ、その分子を高速で回転させると、分子と周囲のヘリウム原子との間には相互作用が起きる。

つまり、超流動はただの空っぽの空間ではない。

そこにはヘリウム原子があり、量子力学的な状態としてまとまって振る舞っている。

だから、分子を回転させれば、その動きは周囲の超流動に影響を与える。

逆に、超流動も分子の回転に影響を与える。

今回の研究は、その相互作用を直接調べるための第一歩である。

5. 分子は「探査機」になる

この研究の面白いところは、分子をただの実験対象として見るだけではなく、超流動を調べるための探査機として使える点である。

宇宙探査機が宇宙空間を飛び、惑星や小惑星の情報を送ってくるように、

超流動の中に入れた分子は、周囲のヘリウムの状態を教えてくれる。

分子を回転させる。

その回転の仕方を見る。

回転がどのくらい続くのかを測る。

どの速さで回すと、超流動との相互作用が強くなるのかを調べる。

そうすることで、超流動という不思議な量子状態の内部を、より細かく理解できるようになる。

分子は、超流動の中をのぞく小さな観測装置になるのである。

6. この研究で見えてくること

この実験によって、超流動ヘリウム中の分子回転をレーザーで制御できることが示された。

これは、今後の研究にとって大きい。

なぜなら、回転速度を変えたり、レーザーを当てる時間を変えたりすることで、分子と超流動の関係を詳しく調べられるからである。

たとえば、分子をゆっくり回すときと、高速で回すときでは、周囲のヘリウムの反応は違うかもしれない。

ある速度を超えたとき、急に回転が失われるかもしれない。

あるいは、超流動の中に小さな渦のような構造が生まれるかもしれない。

このような現象を調べることで、

超流動は、分子の運動にどう影響するのか

分子は、超流動の中でどの程度自由に動けるのか

量子力学的な液体は、ミクロな回転運動にどう反応するのか

という問いに近づくことができる。

7. なぜ基礎物理として重要なのか

この研究は、すぐにスマートフォンや家電に使われるような技術ではない。

しかし、基礎物理としては重要である。

なぜなら、超流動は、量子力学が液体全体の性質として現れる珍しい現象だからである。

普通、量子力学と聞くと、電子や原子のようなとても小さな世界を思い浮かべる。

しかし超流動では、液体全体が量子力学的に振る舞う。

これは、ミクロな量子の世界と、私たちが見ているマクロな世界をつなぐ重要な現象である。

そこに分子を入れて回転させることは、量子の世界と物質の運動がどのように結びついているのかを調べる手がかりになる。

8. TeamsLabyrinth的に読むなら

この研究は、私たちの「大統一情報場理論」や「宇宙編集理論」の観点から見ても興味深い。

なぜなら、ここでは「分子」という個別の存在と、「超流動」という場が、互いに独立しているのではなく、相互に影響し合っているからである。

分子は回転する。

しかし、その回転は周囲の超流動ヘリウムによって変化する。

同時に、分子の回転は超流動の状態を探る手がかりになる。

つまり、分子と場は切り離されていない。

私たちの言葉で言えば、これは次元要素の相互作用である。

分子の運動。

光の回転。

超流動の状態。

観測。

時間変化。

エネルギーの受け渡し。

これらが一つの実験系の中で結びついている。

標準物理学の内部では、これは分子物理・量子物理・超流動の問題として記述される。

しかし、より広い見方をすれば、

ある存在の運動は、その存在だけで決まるのではなく、周囲の場との関係の中で立ち上がる

という問題でもある。

この点で、今回の研究は、物理学の実験であると同時に、存在と場の関係を考えるための興味深い題材でもある。

おわりに

今回の研究は、超流動ヘリウムの中にある分子を、光遠心分離器によって回転制御することに成功したものである。

高校生向けにまとめるなら、

摩擦がほとんどない不思議な液体の中で、分子をレーザーでコマのように回した実験

と言える。

しかし、その意味は単純ではない。

この実験によって、超流動が分子の運動にどのような影響を与えるのかを、直接探る道が開かれた。

分子は、超流動の中でただ回っているだけではない。

それは、量子の液体を探る小さな観測者でもある。

光で分子を回す。

その回転から、超流動の性質を読み取る。

そこには、量子の世界を直接のぞき込もうとする、現代物理学の美しさがある。

意義と今後注視すべき点

超流動中で分子がどう回るかを直接調べる新手法。

参考・出典

Ian MacPhail-Bartley, Alexander A. Milner, Frank Stienkemeier, Valery Milner,

“Control of Molecular Rotation in Helium Nanodroplets with an Optical Centrifuge,” Physical Review Letters.

ScienceDaily / University of British Columbia, 2026年7月4日.

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