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干渉計への情熱と、インジウム・コーポレーションでの経験との比較

インジウム・コーポレーションでのインターンシップが進むにつれ、学業での経験との共通点がますます目につくようになってきました。最も関連性の高い共通点の一つは、前回の投稿「大学生インターンが語る――そして内側を見つめる」でも触れた、MSA(測定システム解析)に携わっていることだと思います。MSAでは、測定機器の正確性と精度を確認するために、試験や分析を行います。ル・モイン・カレッジでの卒業研究では、おそらく世界で最も高精度な計測技術を用いて研究を行いました。

干渉法は、光の干渉を利用して、ナノメートル単位の微小な変化さえも検出・測定する技術です。干渉法はこうした変化を検出するだけでなく、その測定結果も極めて高精度です。 その仕組みは、単一のレーザー光束をビームスプリッターで2つの光束に分割し、それぞれが互いに90度の角度で配置された鏡に当たり、反射してビームスプリッターで再び合流(完全に位置が合致している場合)し、スクリーン上に「フリンジ」と呼ばれる干渉パターンを伴う単一の光束として表示されるというものです。

干渉計にはいくつかの異なる構成がありますが、先ほど具体的に説明したのは、最もよく知られている構成であるマイケルソン干渉計です。鏡を(何らかの方法で)わずかに調整し、干渉縞がどのように変化するかを観察することで、多くの実験を行うことができます。私が卒業研究の一環として行った干渉計実験には、次のようなものがあります:

ル・モイン大学の地下にある、凍えるほど寒い私専用の光学実験室で、昼夜を問わず数え切れないほどの時間を費やし、一人で実験に次ぐ実験に取り組んだ結果、私は干渉法に対して、かなり気難しい愛憎入り混じった感情を抱くようになった。しかし、干渉法や光学の研究に没頭していた日々を懐かしく思わない日は、一日たりともない。

干渉法は、私が利用した用途よりもはるかに、はるかに強力な可能性を秘めています。LIGO(レーザー干渉計重力波観測所)は、重力波の研究に干渉法を用いる国立施設です。LIGOには2つの干渉計があり、1つはルイジアナ州リビングストンに、もう1つはワシントン州ハンフォードにあります。各施設の干渉アームの長さは4キロメートルで、レーザービームの幅は陽子の大きさほどです。 2015年9月、LIGOはアルバート・アインシュタインの一般相対性理論の基礎を初めて実証し、重力波を発見しました。両施設は、0.2秒間にわたり、互いに7ミリ秒以内の差で同じ信号を検出したのです。 驚くべきことに、LIGOは最初の実験が開始される予定だったわずか数日前にこの波を検出し、その微小な波のパルスからだけで、波の発生源、原因、発生時刻、発生の理由、そしてそれが宇宙全体や私たちの宇宙に関する知識にどのような影響を与えるかを特定することができた。 科学者たちは、LIGOが検出した重力波が、2つのブラックホールの衝突に起因するものであることを突き止めました。これらのブラックホールは、衝突する前に互いを周回していた際、太陽の質量の約3倍に相当するエネルギーを重力波の形で放出していました。ブラックホールの質量はそれぞれ太陽の約29倍と36倍であり、検出された波のエネルギーは、可視宇宙全体のエネルギーの約50倍に相当しました。 13億年後、その波は地球に到達し、LIGOは画期的な発見を果たした。数ヶ月後の12月、LIGOは2度目の重力波を検出した。この2度目の検出も、約14億光年離れた場所にある、より小さな2つのブラックホールの合体によるものであった。

干渉法は、科学の分野でこれまでに用いられてきた計測システムの中でも、群を抜いて最も強力なもののひとつです。干渉法に触れるたびに、正確かつ精密な測定機器の重要性を改めて実感します。それは、インジウム・コーポレーションでのMSA(測定システム分析)をしっかりと遂行しようという意欲を掻き立ててくれます。インターンシップ期間中に、学業の中で特に興味を持っていた分野と密接に関連するプロジェクトに携わることができ、大変嬉しく思っています。