１５　ここは行くしかない

いささか難産だった論文が雑誌に掲載され、さて次はどうしようかと思っていたとき、BECについての初めてのワークショップが開かれるという知らせが届きました。

このワークショップの動機は、亜酸化銅の励起子系のBECを実現しようと実験を続けていた米国のWolfeを中心とした研究グループで行われた実験で、（今度こそ本当に）BECが実現したとかいう報告がでたり、Mysyrowicsらのフランスのグループによる塩化銅の励起子分子のＢＥＣではというレポートなどが発表されたり、原子物理の分野では、ボソンと見做される原子の気体をある空間に磁場（ＭＩＴやハーバード）や光（パリ）などで作ったトラップに閉じ込め、原子気体の温度を下げる（原子の運動を少なくする）技術が進み、もう少しでＢＥＣが実現できそうだという機運が高まったりしたからでした。

そこで、超電導、超流動、ＢＥＣなどマクロな量子統計現象を研究してきた理論家たちや、原子核などに関係する理論家たちが賛同して、初めてのＢＥＣだけに特化した分野を問わない横断型のワークショップが企画され、イタリア北部の保養地、Levico Termeで行われることになったのです。筆者は話題の中心が励起子系であり励起子系のBECを理論的に提唱した元祖ともいうべきMoskalenkoやKeldyshが参加するとあって、この機会を逃すわけにはいかないと思いました。

このワークショップでMysyrowiczも招待講演をすることになっていて、その中で筆者たちとの共同研究の成果も含まれることはわかっていました。しかし、招待講演といっても時間が限られていますから、彼がそれまでにフランスなどで行ってきた研究の紹介が主になるのは自然です。そこで、ここは筆者も参加して、その補足として筆者たちの実験結果を参加者にもっと知ってもらう必要が絶対にあると考えました。

幸い一般の参加者の研究成果の発表も受け入れてくれる様子だったので、筆者はHasuoと連名で申し込み、二人で現地へ乗り込みました。

この研究会は筆者にとってとても興味深く、それまでどこか胸につかえていたことがスッキリしたとともに、自分の知識の薄さを思い知るうえでも非常に教育的でした。

Moskalenkoとの会話は、筆者の基礎的な知識の欠如を埋める上でとても役に立ちました。基礎知識は論文を読めば得られるのですが、筋道だって全体像をしっくり理解することができていなかったのです。この研究会で、筆者はこの問題を彼をはじめとする専門家たちに、初歩的なことをフランクに尋ねることができました。この解放感のある雰囲気は、なんとなく「そんなことも知らないの？」とういうような雰囲気に慣れてきた筆者にとってはとても心地よいものでした。また、筆者たちのアプローチが的外れでないことも彼らとの会話を通じて分かったように思いました。

このワークショップの議事録は後日専門書として出版されました。編集者の一人のGriffinは、「特殊な専門分野の書物にしては、ベストセラーになった」とご機嫌でした。

BECがどうしてそれほど研究者にとって興味深い現象かは、YouTubeにその分野の原子の実験の基礎をきずいたMITのKlepplerの解説があります。彼が白板に描いている、沢山のミミズみたいな線は、量子のドブロイ波の重ね合わせとして生まれる「うなり」のような実空間の物質波（波の塊）です。量子の密度が高くなると、そのような個別の波が重なり、そこでいきなりBECという現象が起きて、すべてが区別のつかない位相の決まった一つの波に融合する様子を説明しています。

この勉強会に参加した副産物として、筆者は科学史の重要性が研究活動の背景を深めるために必要であることを感じました。このことがきっかけになってある論文を発表しました。このいきさつは別に記しました。

このワークショップから帰って、大きな反省要素がありました。それは励起子系のBECを最初に考察したMoskalenkoやKeldyshの仕事と筆者のたちの論文との関係についてもっと深く考察して、自分たちの論文に適切に引用すべきだったということです。単に「励起子系のBECを最初に提案した」と、枕詞のように引用するのではなく、彼らの動機や意味、そして、自分たちの実験の意義との関係を明らかにするために、もっと具体的に掘り下げて引用すべきでした。

例えば、上の報告集にあるMoskalenkoたちの論文は招待講演ではなかったので、現場での筆者の理解が十分ではなかったのですが、そこに引用されている、１９７４年のMavroyannisの論文や、１９８０年代のNozieresなどの論文を積極的に引用し、自分たちの論文の意義を説明するすべきだったと思います。筆者の情報収集に偏りがあったのです。

後で気づいたことですが、Mavroyannisの１９８４年の論文では、筆者とMitaによる光混合の論文も引用されていました。彼と交流をする機会を逸したのはとても残念に思います。また、彼は若い研究者を援助する基金も設立していることも最近知りました。

１９９５年６月には、２回目のワークショップがフランスのMont Ste Odileの僧院で開催されました。この時は、その少し前に米国コロラドのWiemanのグループのCornellらがRubidium-８７の原子気体でのBECの成功が伝えられ、この会でもCornellの講演がありました。この実験は、自由空間の特別の場所に磁場でトラップを作り、その中に原子気体を閉じ込め、そのトラップから速度の速い（熱い）原子を外部へ逃がせて内部の気体を冷やすという巧妙な方法でBECを実現したという、文句のつけようのないものでした。そして後日彼らはノーベル物理学賞を受賞しました。

これを機に世界中でBEC研究に対する見方が、「物好きのための研究課題」から一挙に「研究者にとっておいしい研究課題」へと相変化しました。さっそく日本でも追試する研究が起こり、これまで「BEC」を掲げるテーマでは決し研究費が採択されないというような悲しい状況も変化したようです。ひと昔とは大違いです。これはとても好ましいことでしたが、コロラドの実験には日本製のレーザーダイオードがとても活躍していて、どうして日本でも同様な原子の研究に興味を持つ人がいなかったのだろうといぶかったものです。

１９９６年、Physics Todayという米国の雑誌に、MITのKleppnerが、”The fuss about Bose-Einstein condensation"というエッセイが掲載され、それを邦訳する依頼を出版社から受けました。そのエッセイの内容は筆者の印象にも近く喜んで引き受けました。その邦訳は、パリティ誌の１９９７年の１２月号に掲載されています。

彼のエッセイには、Rubidium-８７原子気体のBECの成功についての世間の反応に対する、素直な感想が述べられています。邦訳の一部をここで引用します。

『私はある知り合いから次のように諭されました。「どうしてボース・アインシュタイン凝縮なんかで大騒ぎするの？　原子物理屋さんは、本気でこれが新しいことだと思っているのかい？」他の人からも、もうすこし控えめではありましたが、おおむねおなじことをいわれました」みんながうるさがるのももっともだと思いました。ある新聞では「科学革命の到来だ」というのもありましたし、「ちょっとよくなったアインシュタインの評判」とか・・・』

そしてこの成功が世間に「受けた」理由が色々書かれています。そして面白いのは、この時は世界で恐ろしい事件がたまたまなくて、おかげで科学の怖くないニュースが駆逐されなかったからだと、グレシャムの法則（悪貨は良貨を駆逐する）を引いて述べています。

『でも、BECはもともとはこんなことよりももっと地味な話題だったのです』とあり、アインシュタイン自身も自分の理論を出しながら投げ出してしまい、ヘリウムの超流動が発見されるまで、BECについては誰も見向きもしなかったという歴史が語られています。

そしてBECの研究の意義や課題をあげてその可能性が述べられています。興味深いことは、その後に『矛盾するようなことを申しますが、この研究に私が熱中しているのは、一つにはこの研究の主役たちが、私の昔の学生さんだったり、親しい知人だったりするせいだといわなければならないでしょう』とあり、そして、相互作用の強いRubidium-８７とは違って、偏極水素原子は相互作用が弱いので、それだけ冷やしにくいということで、もう少しの所だ、というのが熱中する理由だとものべています。

そして、自分たちが水素原子のBECを実現することに成功したら、『本当の意味での新しい現象が思いがけず（神様の思し召しによって）現れるかもしれない」のでその証拠を探したい。そうなると「神々の世界が目の前に拡がり、地上は金色の光を帯び、天上の調べがあたりいっぱいに響きわたるかもしれません。そのときこそ、本当の意味でのBECの騒ぎになるのではないでしょうか』と結ばれていました。

この結びの文章を邦訳するについて、念のために彼に問い合わせました。その返事も興味深かったので紹介します。＊は筆者の注です。

『以下はBECに関するエッセイで私が意図した考えです。

1）マスコミが異常に報道した（騒いだ）のは、科学的興味だけでなく、（＊アインシュタインが）有名人だとか、（＊この現象が）日常的な用語で説明できるとか、他の要素（＊ほかに目立った記事がなかったことなど）が反映されているのでは？

だから、新聞で騒がれたからといって、あまり深刻に考えない方がいい。

2）とはいえ、本当に祝うべき理由がある。（コロラドの）実験は美しいし、何よりも本当の発見（＊これが何かをさらに問い合わせることは避けました）を探すことができる新しい分野への道を拓いてくれたのだから。

（＊これは本当で、現在ではBECが無数の波動関数がエンタングルしたマクロなシュレーディンガーの猫状態で、これが量子コンピューターへ使えるかもしれないとか、とにかく量子力学のもっとも根本原理が初めて実用に使えるとかいわれています。その是非には筆者は多少の意見がありますが、原子のBECの成功の与えたインパクトは非常に大きかったと思います）

3) 私は何年も前からBECの研究をしていますが、水素というとてもやりにくい原子を用いています。しかし、このような努力の結果、この場合もBECは奇跡として私たちの前に姿を現すでしょう。文字通り、奇跡は神の助けによってもたらされ、天上の音楽と光を伴うかもしれない。もし、そんなことが起こったら、私はそれが本物の（単なる新聞の見出しとは違う）騒ぎだろうと思っています。

というわけで、ちょっと私の思いは複雑ですが、私の姿勢は基本的には科学に対して楽観的で、小さな奇跡が起こることを期待しています。

ご参考になれば幸いです。また何か質問がありましたら、ご連絡ください』


一方、亜酸化銅の励起子系にも引き続き野心的な研究もなされるようになりました。筆者のグループでもNakaがWolfeらの実験の追試を行い、更に結晶に部分的なひずみを加えてトラップとして、２光子励起によってできる励起子をそこへ流れ込ませ、発光のパターンからBECの生成の可能性を実験で追及しました。この一連の研究は後日博士論文としてまとめられました。しかし、この研究の範囲では、結局BECの証拠には今一歩届きませんでした。その内容は、論文１、論文２などとして発表されました。

さて、二つのBECのワークショップの以前から、筆者は、ある技術的問題に直面していました。それは試料の作り方についてのものでした。PRLの論文に対する査読者の指摘にもあるように、物質科学では原子と違って試料の作りかたについて基本的な弱点があって、これがいつでも「物言い」の標的になる可能性があります。

これはなかなか始末の負えないことで、実験をしない人にはなかなか理解してもらえないことです。筆者たちがPRLの査読結果に対する反論で、Mysirowiczは試料について亜酸化銅では自然が助けてくれるが、塩化銅はそうはいかない。つまり人間が苦労して克服しなければならない、というように述べました。

しかし、本当はどちらも試料の質を保証するものではありません。天然の結晶は長い時間かかってゆっくりとできるために、かなり良質のものができる可能性がありますが、これは入手できる結晶がいつも良質というわけではなく、むしろ偶然のなせる業です。

一方、塩化銅の場合も似たようなもので、確かに原料を純化し、気相法によって結晶にするのですが、結晶化の条件は温度や温度勾配、圧力など複雑で、結局自然任せになります。そのため、アンプルの中に出来る薄い厚さの結晶の中から、よさそうなものを選ぶという作業があって、しかも結晶の大気中の取り扱いでは湿気が問題になるというように、いろいろ熟練が要ります。とくにこの方法では試料の厚さの制御が簡単ではありません。そのような地味で根気のいる作業は研究所ではなく、学生さんが参加する大学の研究室のテーマの必要条件としてどちらかというと不向きです。そこでワークショップの後、塩化銅のＢＥＣの実験はこれ以上研究室で深めるのには、装置も含めてかなりの無理があると判断して継続を断念しました。

その理由は試料のこともありましたが、次第に人工物質など、試料を人工的に設計して作成する技術が普及したことや、その試料を入手して実験をすることに気が進まなかったからです。筆者は人工的な試料を使った実験が好きではありません。たしかに、ある現象が顕著にみえるように試料を設計して得られる結果は、通常は見られない自然の隠れた可能性を拡げ、実用にも使えるのは確かです。しかし、どうも自然の女神の衣を力技ではぎ取るようで、人間の傲慢さが見えてくるようで味気ないのです。

そんなこともあって、筆者は以前からなんとか塩化銅の大きなブロックの良質の単結晶で実験がしたいと思っていました。そのことをフランクフルトのMohlerに相談しました。というのは彼の研究室では以前から非常に大掛かりな装置で塩化銅の大きな単結晶を作ることができていたからです。この試料によってこれまでいろいろな素晴らしい実験がおこなわれていて、品質は申し分のないものでした。彼は筆者の考えをすぐ理解し快く試料をわけてくださいました。

１９９１年にその結晶を使って発光の研究をHasuoとHatanoが行いました。これは特にＢＥＣを目指したものではありませんでしたが、実はこの実験は筆者が久しぶりに何かを得たと興奮させてもらったものでした。

以下はこのことを紹介し、実験などとは遠くはなれた今も興味を持っている話を雑談として、このコラムを終わりたいと思います。