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2012年12月25日

1リットルでもわずか2グラム  最も低密度な液体の生成に成功

16
コメント
引用元:東京大学


(中略) グラファイト表面にヘリウム3の単原子層膜を吸着させた2次元ヘリウム3原子系の熱容量を、絶対零度に近い2mK(mKは千分の1ケルビン)の超低温度まで測定し、この系が、量子気体になるのではなく、これまで知られるどの液体よりも低密度の液体相の"水たまり(パドル)"状に凝縮し、それ以外の基板表面は真空となることを発見した。

02-b
01-b

 さらに、これが2次元ヘリウム3原子系の普遍的な性質であると結論した。これは、従来の理論予測を覆す実験結果であり、理論の再検討あるいは新たな理論の構築を迫っている。自然界には固体中の電子系、原子核、中性子星など多様な量子流体が存在するが、気相 ─ 液相転移を詳細に実験研究できる物質は液体ヘリウムに限られる。今回、その制御パラメータに次元性が加わったことで、量子流体のより深い理解につながる。
2 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 13:42:51.04 ID:pQnzId5N
低密度の液体ってなんだ、わからんw



6 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 13:45:58.77 ID:uZdcz6mO
俺も2次元空間に閉じ込めてくれ

7 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 13:47:10.96 ID:9wOGZz29
>>6
既にお前のいる世界が2次元なんだよ。



8 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 13:48:42.89 ID:TKJSss/Y
わからない。
ガンダムに例えて。

13 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 14:00:12.37 ID:9wOGZz29
>>8
後のミノフスキー粒子である。
27 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 14:12:23.10 ID:JFRlMj5S
>>8
ガンダムの燃料。



12 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 13:58:31.96 ID:oAM9y0mw
木星から大量に持って帰れるようになるの?



14 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 14:00:16.72 ID:Cd2zq8Fs
> これまで自然界で知られるもっとも低密度の液体水素(H2)の1/30と桁違いに小さい。
たかが30倍だけの差なら、実験に必要だった科研費次第では商業化も見込めますね。

26 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 14:11:07.25 ID:yHRzxD4C
こんなの基礎研究の最たるものだから、商業化なんて誰も考えてないだろね。
東大が好きな科学的・哲学的思考をするための予算がより多くもらえるようになるんだよ。



16 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 14:02:04.66 ID:bXIJbii5
気体でなく液体になったって2次元空間に閉じ込めてるのに気化しうるの?

18 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 14:04:04.15 ID:bXIJbii5
>>16
あー逆だった。
気体の温度を冷やしていったら(気体のままでなく)液体になったのか。
22 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 14:07:23.77 ID:Cd2zq8Fs
>>16
高圧低温(どれくらい?)のままなら準安定状態(有限時間)だけど、ヘリウム3は液体状態を保つ。



17 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 14:02:27.61 ID:yHRzxD4C
ヘリウム3なんて高価なものを扱えるなんて、さすが東大ですな。




23 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 14:10:07.05 ID:rh0x+OcI
核融合発電の反応源の本命はヘリウム3でいいの?

29 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 14:13:43.84 ID:9wOGZz29
>>23
重水素とヘリウム3を用いた核融合反応で得た
高エネルギーで動いているのがミノフスキー・イヨネスコ型熱核反応炉



25 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 14:11:00.15 ID:ZxSTLgY9
ヘリウム3って超流動だよな。
表面張力が大きいからビーカーに入れても、壁面を登っていくんだよな。



30 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 14:16:27.64 ID:qDt9dTsc
つまりいったいどういうことだってばよ?

32 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 14:22:17.53 ID:pQnzId5N
>>30
空気のように軽い液体
59 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 19:15:56.59 ID:CdOpsqZE
>>30
すごく高い声が出る。



31 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 14:20:36.17 ID:1x8Wd2vL
ヘリウム3を3リットル集めるとが1グラムぐらいじゃねーかな



33 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 14:28:27.01 ID:7rdZvu3A
相転移をごくミクロで観察すれば
「気体でも液体でもない」、「液体でも個体でもない」 って状態が見られるはずだ。

34 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 14:34:06.95 ID:+JqV9cB3
>>33
観察者の観察対象に対する影響がうんたらかんたら。



39 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 15:06:14.28 ID:GdbLsYmK
> 2次元空間に閉じ込めたヘリウム3の単原子層膜

これはどういう意味でしょ?
原子を平面に1個づつ並べれば2次元空間に閉じこめたと言えるの?

41 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 15:09:26.90 ID:9wOGZz29
>>39
電子軌道が平面で回っているので、2次元空間と等しい状態って事。



42 : 名無しのひみつ :2012/12/24(月) 15:33:13.42 ID:Sii3OMRr
最近ヘリウム3よく見るな。



49 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 16:29:50.74 ID:77yiw2tM
> これを3次元の質量密度に換算するとわずか 0.002 g/cm3 となり、

2次元なのに、3次元の密度って意味あるのか?
厚さをどう見積もるかなんだが。

50 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 16:40:32.52 ID:Y39sL7y2
>>49
平均粒子間距離が通常の3次元の液体の場合と比べて3倍以上だから換算すると
0.002g/cm3になると書いてある。
57 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 19:02:42.36 ID:77yiw2tM
>>50
やっぱりそれか。
そんな換算、意味ねーじゃん。
それに、液体になった理由も、2次元に閉じ込めるための他の物質との相互作用の余波
だとしたら、理論と違っても不思議はないし。



51 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 17:28:07.16 ID:Cp+XgPb6
ほんで、核融合に役立ちそう?



54 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 18:48:38.46 ID:XQ31Ayxd
ヘリウム3ってヘリウムと何が違うの?

56 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 19:00:42.05 ID:0ifas6kZ
>>54
中性子が1個少ない。



55 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 18:57:50.93 ID:pR09syAC
基底状態が気体となることが理論的に予測されていた。

通常、理論的な予想は正しいんだがどこに問題が。
上は知らないけど予想としては量子気体は通常気体に換算して1次元低い次元の性質を持つ?
短距離力の1次元系では相転移がない(理論)。

2次元ヘリウム3は液化する温度より上で量子液体となる?よって相転移しない。
理論的予想って上の考察ではダメ?OKとして、この実験では本当の2次元ではないよね。
壁との相互作用がヘリウム原子間の相互作用のレンジに影響を与えるか有効質量に影響を与える。
このことが相転移を可能にした、と考えるのはダメ?
理論的予想は本当の2次元なのか、壁に挟まれて制限された3次元なのか?
こんな疑問があるけど、誰か詳しく分かる人いますか。

60 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 19:17:38.55 ID:Y39sL7y2
>>55,57
そこら辺の疑問は>>1のリンク先に書いてある気がする。
69 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 20:28:49.24 ID:pR09syAC
>>60
実験をやった人達もグラファイトとヘリウム原子の相互作用が原因かもしれないと考えているようです。
つまり擬2次元の現象ということでしょう。

確信はできないけど、グラファイト基盤がヘリウム原子間の長距離相関作り出しているような気がします。
量子効果で2次元から1次元への次元降下があるところ、長距離力(相関)は逆に1次元上げる性質があるため、2次元に留まっていると思えますね。
72 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 20:47:22.42 ID:3AXwoQ8L
>>69
マイナビニュースには3種類の基板で試して同じ結果が出たと書いてあった。
その1つにヘリウム4の固体面の上がある。



58 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 19:07:58.63 ID:RBdJFKnD
これってノーベル賞もらえますかね?



62 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 19:48:26.41 ID:a9q11kM/
ほう、これが実現したか。これは難しいと思ってたんだけどな。
なかなかやるじゃないか



64 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 20:12:19.06 ID:w0Y6GbFM
何かに応用できそうか?



66 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 20:20:01.49 ID:ahwoTeEi
そういやヘリウム3てどこから採取してんだ?
地中から産出するのって、放射性物質由来のヘリウム4だけだよね。

76 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 23:39:04.98 ID:HujcMSLx
>>66




71 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 20:43:35.17 ID:y8ZVPaoL
よく分からないんだけど、これは圧力かけても気体のように縮んだりしないの?
大抵の液体のように、圧力かけても殆ど縮まないなら用途はありそう。
高価すぎて無理かな。



74 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 21:40:49.11 ID:jMDAnYzD
Heの理論計算なんて簡単そうなのに、そこにミスがあるかもってのはちょっと面白い。
どの項を近似したのが問題なんだろう。

84 :名無しのひみつ:2012/12/25(火) 06:58:24.37 ID:LKyAg4id
>>74
水素原子以外は摂動法なんだが・・・
93 :名無しのひみつ:2012/12/25(火) 16:19:35.14 ID:o4qC2xjv
>>84
それは知ってる。
今流行の重い電子とかトポロジカルとか化学反応系とか、そういったものに比べて簡単そうってこと。
ヘリウムだと原子核だったり、ファンデルワールスが主要項になったりするから意外と面倒臭いのかな。
He4だとボソンの面倒臭さもあるけどHe3でボソン化するはずないし…よくわからん。

88 :名無しのひみつ:2012/12/25(火) 09:58:43.60 ID:kYO0iQv0
>>74
DFT の流行りすぎが主な原因だろ。
あとは単なる Hartree-Fock 基底関数も。6-31G(しかも意味も無い*や+を付ける)で済ましてとかw
ちなみに Heの理論計算はそれほど簡単ではないのだけど。
93 :名無しのひみつ:2012/12/25(火) 16:19:35.14 ID:o4qC2xjv
>>88
この理論計算ってDFT?
DFTで2次元Heってそもそも上手くいくとは思えないんだけど・・・
てっきりポストHFかモデル屋さんの仕事結果だと思ってた。



75 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 23:12:23.71 ID:KXm7zvni
3Heの単分子層ってどうやって形成するんだ?
水はやった事があるけど、冷却源がHe冷却機だった。

77 :名無しのひみつ:2012/12/24(月) 23:43:00.36 ID:5H3UVeZW
>>75
STMで原子1個ずつ並べる。



79 :名無しのひみつ:2012/12/25(火) 00:31:29.16 ID:IPwSFjgh
あるサイト見たら、月面上には50万トンのヘリウム3が積もってると予測されてるらしい。
だとしたら、将来、中国が領有権主張しそうだね。

80 :名無しのひみつ:2012/12/25(火) 00:39:41.12 ID:PyvO/gcz
>>79
・・・既にしてる。



86 :名無しのひみつ:2012/12/25(火) 09:02:00.29 ID:5JUAMkLy
原理が分かってないんだw

87 :名無しのひみつ:2012/12/25(火) 09:30:37.61 ID:T4QVJ46w
>>86
原理わかってなくて実用化されてるものなんて、いくらでもあるぞ。
一番身近なものだと麻酔とか。



91 :名無しのひみつ:2012/12/25(火) 14:00:25.74 ID:EnouHuzq
低次元な研究だなw



92 :名無しのひみつ:2012/12/25(火) 15:46:09.10 ID:Wv4fGxRZ
ヘリウム3って、トリチウムのベータ崩壊でできるんかな?
それとも核破砕?

コメント一覧

1. 名無し隊員さん  2012年12月25日 20:36
あーむつかしい
2. 名無し隊員さん  2012年12月25日 20:54
空気より軽い?
3. 名無し隊員さん  2012年12月25日 20:57
トリチウムから作るって言うか崩壊待つんじゃないかなぁ。
その方が大量に作れそうでしょ。
4. あ  2012年12月25日 20:58
原子炉から採集してるんじゃね
5. 名無し  2012年12月25日 23:14
ヘリウム3って値段いくら位するんだろう…
キセノンも物によっては0.1Lで400万円越えますよね?確か
6. 名無し隊員さん  2012年12月25日 23:16
週刊現代によると、1kgあたりの価格が1600万ドル
7. 名無し隊員さん  2012年12月26日 00:04
たけえなあ
8. 名無し隊員さん  2012年12月26日 01:04
後のプラネテスである
9. 名無し隊員さん  2012年12月26日 01:10
0.002ケルビンて想像も出来ん世界だw
10. 名無し隊員さん  2012年12月26日 07:39
ほっけ~
11. 名無し隊員さん  2012年12月26日 11:10
ホッケがまわる~、ホッケがまわる~♪
12. 名無し隊員さん  2012年12月26日 16:03
He3で粒子間の平均距離が1.4nmってファンデルワールス半径の10倍やないですか・・・
何が引力になってんだろ
13. 名無し隊員さん  2012年12月26日 19:52
東大への僻み※までまとめなくていいお
14. ku  2012年12月26日 20:22
ホッケの煮付け食べてみたい。
15. 名無し隊員さん  2012年12月28日 01:47
※13
凄いと思っているだけで、僻みではない
16. 名無し隊員さん  2013年02月14日 21:23
※13

東大という看板だけでなんでもできる時代が終わっただけじゃないかね。

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