「研究チーム」とは？

塗るだけで「マウスを透明化」――解剖せずに体内を見る技術 - 07月16日(水)18:00  ナゾロジー

皮膚を”透明”にする最短の方法が見つかったようです。 米スタンフォード大学（SU）、テキサス大学ダラス校（UTD）らが2024年に発表した研究では、マウスに食用着色料を塗るだけで、皮膚を透明化し、血管や内臓の動きを観察することに成功したといいます。 この食用着色料はスナック菓子やシロップなどに普通に使われている「タートラジン」です。 しかもタートラジンを洗い流せば、皮膚はすぐ元通りになるので、安全かつ簡単な医療ツールとしての応用が期待されています。 しかし、なぜ食用着色料を塗るだけで皮膚は透明になったのでしょうか？ 研究の詳細は2024年9月6日付で科学雑誌『Science』に掲載されています。 目次 どうして皮膚は「透視」できないのか？皮膚の「透明化」に成功！ヒトでも可能か？ どうして皮膚は「透視」できないのか？ Credit: canva 私たちの体は頑丈な皮膚に覆われており、その奥を透かし見ることはできません。 表に現れている太い血管などは見えますが、骨や筋肉の繊維の一本一本を見ることは不可能です。 これにはれっきとした物理的な理由があります。 私たちの皮膚は、液体やタンパク質、脂肪といった様々な物質がぎっちりと密に詰まった状態にあります。 そしてこれら液体・タンパク質・脂肪などは光を曲げる屈折率がバラバラです。 具体的には、体液の水溶性部分は屈折率が低く、タンパク質や...more脂肪の部分は屈折率が高くなっています。 こうした屈折率の違いが光を皮膚上で散乱させることで、不透明な状態となるのです。 皮膚を透明にするアイデア しかしこの物理的な仕組みは逆に「光の屈折率を一致させれば、皮膚を透明にできる」ことを意味しているかもしれません。 そこで研究チームはこんな仮説を立ててみました。 「生きた皮膚に光を強く吸収する染料を染み込ませれば、皮膚全体の屈折率が一定に近づいて、光を散乱させずに中身を透かし見ることができるのではないか」 このアイデアをわかりやすくイメージ化したものがこちらです。 Credit: Zihao Ou et al., Science(2024) このアイデア実現のためにチームはまず、マウスの皮膚組織と光の相互作用を様々に変える化学物質を調べ、いくつかの候補をピックアップ。 その中から、スナック菓子やシロップの食用着色料として一般的に使われている「タートラジン（通称・黄色4号）」が最良の候補として選ばれました。 研究者によると「タートラジンは光を吸収する強い性質を持ち、水に溶かすと、その水がまるで脂肪のように光を曲げた」という。 つまりタートラジン溶液を皮膚に染み込ませると、液体部分と脂肪部分の屈折率が一致して透明化が期待できるのです。 チームはこの実証テストを行いました。 皮膚の「透明化」に成功！ヒトでも可能か？ チームは最初の検証段階として、薄くスライスした鶏むね肉にタートラジン溶液を染み込ませて、透明になるかを試してみました。 すると、ご覧ください。 下図の左は実験前、右は実験後ですが、右のタートラジンを塗り込んだ方は下に置いた「スタンフォード」の字がしっかりと透けて見えるようになったのです。 鶏むね肉にタートラジンを塗布した実験 / Credit: Zihao Ou et al., Science(2024) 研究者の説明では、タートラジン溶液を塗ってから数分ほどで透明化が起こったといいます。 では次に、生きたマウスを対象に、一時的に毛を剃った皮膚にタートラジン溶液を塗り込みました。 最初に頭皮で行った実験の結果、タートラジンが皮膚全体に染み込むと、ものの見事に頭皮が透明化し、中が透けて見えるようになったのです。 頭蓋骨の表面を走る血管を皮膚ごしに0.001ミリメートルの解像度で見ることができました。 さらに同じ実験をマウスの腹部でも行っています。 Credit: Zihao Ou et al., Science(2024) 結果は同様に、わずか数分以内で腹部の透明化が起こり、体内の肝臓や小腸、膀胱といった臓器をはっきりと識別することができたのです。 これは生きたまま内臓の動きを見ることができる点で、生体を傷つけない非侵襲的な医療ツールになると期待されています。 こちらはマウスの腹部を透明化した実際の画像ですが、刺激的な内容のためボカシを入れています。（※ボカシなしはこちらから。）   Credit: Zihao Ou et al., Science(2024) 洗い流せば元通りに！ さらに重要なポイントは、マウスの皮膚を水で洗い流せば、皮膚の状態が元通りになったことです。 加えて、体内に吸収されてしまった余分なタートラジンも、塗布から48時間以内に尿となって体外に排出されることが確認されました。 またタートラジンの塗布によってわずかな炎症こそ見られたものの、それ以外は健康に悪影響もありませんでした。 この結果を踏まえて、タートラジンによる透明化は安全かつ簡単な方法として、医療目的に利用できると結論されています。 こちらは人体にタートラジンを塗った場合のシミュレーション映像です。 その一方で、この方法が私たちヒトにも応用できるかどうかは実証されていません。 そもそも私たちの皮膚はマウスの皮膚よりも数倍厚いため、タートラジンが皮膚の深層まで吸収されにくいと予想されます。 またタートラジンの塗布量も必然的に多くなりますが、それに伴う害悪はないのかどうかも確かめなければなりません。 しかしこれらの点がクリアになり、人体にも応用できると実証されれば、体内の様子を安全かつ安価に見る方法として医療界に革命を起こすと期待されています。 全ての画像を見る参考文献Researchers make mouse skin transparent using a common food dyehttps://news.stanford.edu/stories/2024/09/using-a-common-food-dye-researchers-made-mouse-skin-transparentResearchers Create Solution That Makes Living Skin Transparenthttps://news.utdallas.edu/science-technology/yellow-dye-solution-transparent-skin-2024/A window into the body: groundbreaking technique makes skin transparenthttps://new.nsf.gov/news/window-into-body-invisible-skin元論文Achieving optical transparency in live animals with absorbing moleculeshttps://www.science.org/doi/10.1126/science.adm6869ライター大石航樹: 愛媛県生まれ。大学で福岡に移り、大学院ではフランス哲学を学びました。 他に、生物学や歴史学が好きで、本サイトでは主に、動植物や歴史・考古学系の記事を担当しています。 趣味は映画鑑賞で、月に30〜40本観ることも。編集者ナゾロジー 編集部...

観測史上最大のブラックホール合体を確認、太陽質量の225倍に - 07月16日(水)12:00  ナゾロジー

地球から100億光年彼方で発生したブラックホール同士の衝突――。 東京大学、米カリフォルニア工科大学（Caltech）らを中心とする国際研究チームは、この衝突によって発生した重力波を調べた結果、観測史上最大となるブラックホールの合体であることを確認しました。 合体の結果として、なんと太陽質量の225倍もの新たなブラックホールが誕生したと見られています。 目次 観測史上最大のブラックホール合体理論の限界を突き破る「怪物」の正体とは 観測史上最大のブラックホール合体 2023年11月23日、米ワシントン州とルイジアナ州にある重力波観測施設「LIGO（ライゴ）」の検出器が、わずか0.1秒の異変を記録しました。 それは2つの超大質量ブラックホールが衝突・合体したことで生じた重力波によるものでした。 この重力波の信号は、他にもイタリアの「Virgo（バーゴ）」、日本の「KAGRA（かぐら）」といった観測施設と共同で解析され、国際研究チームによって驚くべき事実が明らかとなりました。 合体したブラックホールは、それぞれ太陽質量の約100倍と約140倍という並外れた質量を持ち、その衝突によって太陽質量の225倍以上という“怪物級”のブラックホールが誕生したのです。 本調査の概要図/ Credit: Simona J. Miller,Caltech これまで観測された中で最も大きなブラックホー...moreル合体は、2021年に検出されたGW190521で、最終質量は約140太陽質量とされていました。 今回の合体は、その記録を大きく塗り替える史上最大の出来事です。 しかもこの新たなブラックホールは、地球の40万倍の速さで自転していたことも明らかになっています。 理論の限界を突き破る「怪物」の正体とは この発見がなぜ注目されるのかというと、「恒星の進化で生まれるブラックホールの質量には上限がある」とされてきた通説を打ち破る事例だからです。 一般的にブラックホールは、大質量の恒星が寿命を迎え、核融合が止まって自己崩壊するときに誕生します。 その際に生まれるブラックホールの質量は、太陽の数倍から数十倍程度が限界と考えられてきました。 つまり、100倍を超えるようなブラックホールは、通常の恒星進化モデルでは説明がつかないのです。 LIGOの検出器、左がワシントン州に、右がルイジアナ州にある/Credit: Caltech(2025) この“質量の壁”を越えて存在するブラックホールの正体として、有力視されているのが「階層的合体（ハイアラーキカル・マージ）」です。 これは小さなブラックホール同士が何度も合体を繰り返し、最終的に超大質量のブラックホールが形成されるというシナリオです。 今回の観測も、まさにその証拠の一つと考えられます。 要するに、今回合体した2つのブラックホールもそれぞれ、以前により小さなブラックホール同士が合体して生まれた可能性があるということです。 本研究に参加したカーディフ大学のマーク・ハナム氏も「これは私たちが重力波で観測した中で最も質量の大きいブラックホール連星であり、ブラックホールの形成理論にとって大きな挑戦です」と述べています。 全ての画像を見る参考文献LIGO Detects Most Massive Black Hole Merger to Datehttps://www.caltech.edu/about/news/ligo-detects-most-massive-black-hole-merger-to-dateScientists detect biggest ever merger of two massive black holeshttps://www.theguardian.com/science/2025/jul/14/scientists-detect-biggest-ever-merger-of-two-massive-black-holesライター千野 真吾: 生物学に興味のあるWebライター。普段は読書をするのが趣味で、休みの日には野鳥や動物の写真を撮っています。編集者ナゾロジー 編集部

ホライモリは7年間で数センチも動いていなかった！ - 07月15日(火)23:00  ナゾロジー

みなさんは「その場に止まって動かないでください」と言われたら、どれくらい我慢できるでしょうか？ おそらくは頑張っても数時間くらいでしょう。 しかし自然界には、信じがたいほど長い期間、微動だにしない生き物がいます。 それがヨーロッパの洞窟内に生息する不思議な両生類の「ホライモリ」です。 ハンガリーのエトヴェシュ・ロラーンド大学（ELTE）による2020年研究で、2659日間（約7年！）の追跡観察で数センチも動いていないホライモリが発見されたのです。 また他のホライモリも7年間で数メートルほどしか動いていませんでした。 なぜホライモリはこれほど極端に「省エネ」なのでしょうか？ 研究の詳細は2020年1月28日付で科学雑誌『Journal of Zoology』に掲載されています。 目次 寿命100年を超える「ホライモリ」ってどんな生き物？7年間でほぼ動かない？ホライモリが選んだ“究極の生き方” 寿命100年を超える「ホライモリ」ってどんな生き物？ ホライモリ（学名：Proteus anguinus）は、ウーパールーパーと同じ有尾類に属する両生類です。 バルカン半島を中心とした地下の泉や洞窟の水路に生息しており、全身は白く、目は皮膚の下に埋もれており、まるで水中に漂う幽霊のような姿をしています。 この生物は、非常に特殊な環境に適応して進化してきました。 洞窟内は昼夜の変化がなく、気...more温も一定、栄養も極端に乏しい世界です。 ホライモリ/ Credit: ja.wikipedia そんな厳しい環境に順応するために、ホライモリは「動かないこと」を極めたのです。 ホライモリの代謝は非常に低く、数年間まったく食べなくても死にません。 繁殖も非常にゆっくりで、生殖周期はなんと12.5年に1回、寿命は100年を超えることもあります。 彼らには生き急ぐ理由がまるでないのです。 その特徴的なライフスタイルに、科学者たちは古くから注目してきました。 ホライモリの存在は数百年も前から知られていましたが、その暮らしぶりについては、主に飼育環境での観察に限られており、野生下での本当の姿は長らく謎に包まれていたのです。 そんな中、2020年にハンガリーとイギリスの研究チームが、ボスニア・ヘルツェゴビナのゴリツァ地区の洞窟で、個体ごとにタグを付けて長期的な追跡調査を開始。 そこで目撃されたのが、まさに信じられない「不動の生き物」の姿でした。 7年間でほぼ動かない？ホライモリが選んだ“究極の生き方” この調査では、野生の26匹のホライモリに個体識別タグをつけ、8年間にわたって同じ洞窟で定期的に再捕獲して位置を確認しました。 その結果、多くの個体が約5メートル以内の同じ場所にずっと留まり続けていたのです。 とりわけ驚かされたのは、1匹のホライモリが2,569日（約7年間）にわたり、まったく同じ場所から動いていなかったという事例です。 Credit: canva もちろん、ホライモリには泳ぐ能力があり、本気を出せば数十メートルを一気に移動することも可能です。 にもかかわらず、実際にはほとんど動かなかった、その理由は何でしょうか？ まずひとつは「捕食者がいない」ことです。 洞窟内にホライモリを食べる生き物はいないため、逃げるための運動能力が必要がありません。 危険がなければ、エネルギーを消費してまで移動する必要はないのです。 またエサは水生昆虫や小型の甲殻類などですが、洞窟環境ではお互いに目が退化しているために、派手な狩りは行われず、エサが自分からそばにやってくるまで、ホライモリはひたすら待ち伏せ、機会が来れば一気に飲み込みます。 ホライモリは獲物が近くに来るまでじっと待ち伏せし、タイミングを見て一気に飲み込むという戦法をとります。 そのため、摂食のために移動する必要もほとんどないのです。 こうした理由から、ホライモリはエサがない間は代謝を限界まで落としエネルギー消費を抑えることで、数年間もエサを食べずに生きていける「省エネ生物」に進化したのです。 その結果、ホライモリは、野生環境においてナマケモノを遥かに上回る「不動性」を手に入れたのでしょう。 ただ、ホライモリの姿を見て「怠け者」と思うのは、人間の価値観にすぎません。 動かず、無駄を省き、最小限のエネルギーで長く生きる――それは洞窟という過酷で静かな世界で生き抜くために選ばれた、究極の生存戦略です。 そしてこの研究は「動かないことこそが環境適応の鍵になることもある」という、生き物の多様な進化の姿を教えてくれます。 人間が“忙しさ”を競う世界で、ホライモリは何年も同じ場所で、静かに、しかし確かに生き続けているのです。 全ての画像を見る参考文献Scientists Tracked An Olm For 2,569 Days And It Did Not Move An Inchhttps://www.iflscience.com/scientists-tracked-an-olm-for-2569-days-and-it-did-not-move-an-inch-79999元論文Extreme site fidelity of the olm (Proteus anguinus) revealed by a long-term capture–mark–recapture studyhttps://doi.org/10.1111/jzo.12760ライターナゾロジー 編集部編集者ナゾロジー 編集部...

電子の電荷を運ばず磁気だけを運ぶ「幽霊粒子」を観測することに成功 - 07月15日(火)21:00  ナゾロジー

まるで幽霊を捕まえるような科学的偉業が達成されました。 スイスのスイス連邦材料科学技術研究所（Empa）を中心とした国際研究チームによって、これまで理論上でのみ予測されていた特殊な構造が再現され、さらにその中に現れる幻の粒子「スピノン」の定在波パターンを初めて「可視化」することに成功しました。 この粒子は電子が持つ電荷と磁気の両方のうち磁気的な性質（スピン）だけが切り離され、まるで磁気だけを持つ幽霊のように物質内を動き回るという、極めて奇妙な特徴を持っており「スピンの幽霊」の異名を持ちます。 今回の発見は、単なる理論上の現象を超えて、量子コンピュータや新しい電子デバイスなど、最先端技術への応用の可能性を大きく広げる成果です。 「スピノン」がもたらす未来のテクノロジーとは一体どのようなものなのでしょうか？ 研究内容の詳細は2025年3月14日に『Nature Materials』にて発表されました。 目次 磁石の謎から量子の幽霊へ「スピンの幽霊」を観測！量子物理学の100年の予言が的中「幽霊粒子」の観測は量子テクノロジーをどう変えるか？ 磁石の謎から量子の幽霊へ 磁石の謎から量子の幽霊へ / Credit:川勝康弘 子どもの頃、磁石で遊んだ経験を持つ人は多いでしょう。 砂鉄を引きつけたり、磁石同士をくっつけたり反発させたり。 そんな身近な磁石ですが、その仕組みを科学的に理解する...more道のりは決して平坦ではありませんでした。 古代から磁石（天然の磁鉄鉱）の存在は知られていましたが、磁石が「なぜ」磁力を持つのか、その理由は長い間謎に包まれていました。 11世紀の中国では羅針盤として実用化されましたが、その磁力の根源は古典物理学では解明できず、20世紀初頭に登場した量子力学を待つ必要がありました。 量子力学が登場した1920年代、磁石の正体が徐々に明らかになっていきました。 その正体とは、物質の中にある電子が持つ「スピン」というミクロな磁石としての性質だったのです。 電子のスピンは非常に小さな磁石のように働き、そのスピン同士が一定の方向にそろって整然と並ぶと、物質全体が磁石として振る舞います。 一方、スピンがバラバラの方向を向いてしまうと、それぞれのスピンが生み出す磁力は打ち消しあい、磁石としての性質は失われてしまいます。 ある意味で、電子は電荷を運ぶ基本粒子であると同時に極小磁石でもあったわけです。 ところが、このスピンを詳しく調べる中で、科学者たちはさらに奇妙な予言に直面します。 電子1個のスピンの大きさは「1/2」という特定の値で決まっているのですが、通常、物質の中で一つの電子のスピンを反転させる（方向を逆向きにする）と、物質全体のスピンは「1」だけ変化します。 電子1つが動いたのに、物質全体では電子1つ分の「1/2」ではなく「1」だけスピンが変化するという、一見奇妙なことが起きていたのです。 これが量子磁石の世界の常識でした。 しかし理論物理学者たちは、特定の特殊な状況（例えば一次元の鎖のような構造）では、この常識が破られる可能性があることを指摘しました。 通常は物質のスピンが整数でしか変化しないのに、ある条件の下では「1/2」という半端な量だけスピンが変化することが理論上可能だと示されたのです。 この半端なスピンを物理学者たちは『スピノン』と名付けました。 このスピノンの性質もなかなかに異様なものです。 スピノンは通常の電子と異なり電子が持つ電荷（電気的性質）は全く持たず、磁力に関わるスピンだけを持つため、物質の中を自由に動き回っても電気的には検出できないという、まるで『スピンの幽霊』のような粒子です。 理論的には予測されていたものの、スピノンは特殊な性質ゆえに、実験でその姿を直接捉えることは非常に難しく、長年にわたり『捉えどころのない謎の粒子』とされてきました。 実際にスピノンを観測しようと試みても、従来の実験手法では大きな問題がありました。 通常の物質で電子のスピンをひっくり返すと、安定したスピンのペア構造が崩れ、常に二つのスピノンがペアで同時に生じてしまいます。 そのため、一つだけ孤立したスピノンを取り出して観察することができなかったのです。 この状況から、「スピノンは必ずペアで現れ、単独では存在しない」と、実験物理学者たちは長年考えてきました。 こうした背景のもと、研究者たちは、理論的に予言されたこの不思議な粒子、スピノンを実験的に直接観測し、その謎を解明することに挑みました。 もし実験で孤立したスピノンを直接見ることができれば、量子力学が予測した不可思議な現象を裏付けることになり、さらには量子磁石にまつわる新たな物理現象の発見へと繋がるかもしれません。 そこで今回研究者たちは、『スピンの幽霊』を捕まえる試みに挑むことになりました。 研究者たちはこれまで誰も成功できなかった『スピンの幽霊』を、いったいどのような方法で捕まえたのでしょうか？ 「スピンの幽霊」を観測！量子物理学の100年の予言が的中 「スピンの幽霊」を観測！量子物理学の100年の予言が的中 / スピンの幽霊を顕現させるための檻として機能する鎖構造/図（E、F、G）に示されているのは、オリンピセンと呼ばれる特殊なナノグラフェン分子を使って作られた人工的な「スピン鎖」の合成プロセスです。まず最初（E）、研究者たちはオリンピセン分子同士を化学的に連結して鎖状に並べました。その後（F）、この鎖状の分子を水素で処理（水素化）して安定化させ、スピンの性質が一時的に抑えられました。そして最後のステップ（G）では、特殊な顕微鏡の針先（STMチップ）を用いて選択的に水素を取り除くことで、再びスピンを活性化させました。これにより、スピノンという特殊な粒子を観察するための理想的な量子磁性鎖が完成したのです。・Credit:Spin excitations in nanographene-based antiferromagnetic spin-1/2 Heisenberg chains どのようにして「スピンの幽霊」を捕らえたのか？ 鍵となったのはナノグラフェン分子と呼ばれる特殊な分子です。 ナノグラフェンとは、炭素原子が蜂の巣状につながったグラフェンという物質を、ナノメートルサイズに切り出したものです。 このナノグラフェンはその形状によって様々な磁気的・電子的な性質を示します。 研究で用いられた「オリンピセン」という分子は、５つのベンゼン環が環状につながった構造をしていて、オリンピックの五輪マークを連想させる形状をしています。 このオリンピセンは１つの電子が対になっていない「非対電子スピン（S=1/2）」を持つ磁性分子で、スピノンを生み出す理論モデルに理想的な特徴を備えていました。 研究者たちはまず、このオリンピセンを１つ１つ丁寧に結びつけることで、人工的な「スピンの鎖」を作り上げました。 オリンピセン同士をまるでレゴブロックのようにつなげて並べていくと、それぞれのオリンピセンが持つ小さなスピン同士が互いに影響し合うことで、理論上予測されていたスピノンが出現する構造（１次元の反強磁性スピン鎖：ハイゼンベルク鎖）が作り出されます。 さらに研究者たちは、この鎖を長さの異なるいくつものバリエーション（５個や７個、最長では50個のスピン）で用意し詳細に観測しました。 そのために使われたのは、「走査型トンネル顕微鏡（STM）」という特殊な顕微鏡です。 走査型トンネル顕微鏡は非常に鋭い針先を物質に近づけ、わずかな電圧をかけて電流が流れる様子を調べることで、物質のミクロな性質を探ることができます。 研究チームはこの走査型トンネル顕微鏡を使ってオリンピセン鎖の一つひとつにごく小さな電圧を与え鎖の各位置における電流の強さを非常に精密にマッピングしました。 すると特に「奇数個のスピンを持つ鎖」（５個や７個など）では、電流の強さが交互に強弱の山谷パターンを描いていることが確認されました。 これはまさに理論が予測した「単一スピノンの定在波」と呼ばれるパターンに一致します。 【コラム】定在波パターンを可視化することがなぜスピノンを観測したことになるのか？ スピノンという不思議な粒子を実験で確認したとき、研究者たちは「定在波パターン」を画像として捉えました。でも、なぜこの「波」のような模様を撮影できたことが、「スピノンそのものを観察できた」ことになるのでしょうか？ まず、「定在波」というのは、文字通り「その場で止まっている波」のことを指します。水面に石を投げると、波は遠くまで広がっていきますが、もし池の両端が壁で囲まれていれば、波は進んだ...

40年来の論争に決着。超高エネルギー宇宙線の主成分、千葉大などが解明 - 07月15日(火)19:00  マイナビニュース

千葉大学などの研究チーム、超高エネルギー宇宙線の主成分は陽子よりも重い原子核であることが示されたことで“40年来の議論に決着と共同発表。

超高エネルギー宇宙線、正体は原子核だった　南極観測が定説覆す成果 - 07月16日(水)16:00  朝日新聞デジタル

　千葉大などの国際研究チームは15日、宇宙に飛び交う超高エネルギー宇宙線の主成分が、定説とされてきた「陽子」ではなく、「より重い原子核」だとする研究成果を、米科学誌フィジカル・レビュー・レターズ（ht…

日本語の完璧なあいづちまで実現した音声対話AIモデル「J-Moshi」を名古屋大学の研究者が発表 - 07月16日(水)11:42  GIGAZINE

名古屋大学大学院情報学研究科の研究チームが、日本語全二重(Full-duplex)音声対話システム「J-Moshi」を発表しました。J-Moshiは近年注目を集めている同時双方向的な音声対話システムを、日本語でも実現するという点で画期的であり、英語の全二重音声対話システムであるMoshiをベースとしています。

宇宙誕生直後の数兆度の「宇宙のスープ」を再現――濃厚な後味を探る - 07月15日(火)22:00  ナゾロジー

宇宙誕生直後の宇宙は、想像を絶する超高温高密度の「原始スープ」に満ちていたと考えられています。 国際研究チームが行った最新の研究によって、そんな宇宙の始まりの極限状態を、地球上の実験室で再現したところ、原始スープが冷めていくときには想像以上に濃厚な後味（＝輸送係数）が残っていたことが示されました。 超高温高密度の原始スープが冷めていくとき、素粒子たちはどのような動きを見せていたのでしょうか？ 研究内容の詳細は2025年5月19日に『Physics Reports』にて発表されました。 目次 宇宙誕生直後の「素粒子パーティー」ビッグバン直後の宇宙スープは予想外に「濃厚」だった宇宙の起源は「熱狂の後の余韻」まで調べて初めて見える 宇宙誕生直後の「素粒子パーティー」 宇宙誕生直後の「素粒子パーティー」 / Credit:Canva 宇宙はどのようにして生まれたのか――これは誰もが一度は考えたことがある永遠の問いです。 現在の宇宙は穏やかで安定した環境に見えますが、実は宇宙誕生直後は想像を絶する激しさでした。 その頃の宇宙は、あまりにも熱く、あまりにも激しいため、普段は強力な絆で閉じ込められているはずの素粒子さえ自由に動き回れるほどだったのです。 私たちの身の回りにある物質は、どんなに硬く見えるものでも小さな原子という粒が集まってできています。 その原子の中をのぞいてみると、中心に原...more子核があり、その中に陽子や中性子という粒子が仲良く詰まっています。 さらに陽子や中性子は、クォークというもっと小さな粒子が集まってできています。 クォークは非常に密接で常に集まっていたい性質を持っていますが、面白いことに決して一人では陽子の外に出てくることができません。 それはクォーク同士を強く結びつける「グルーオン」という粒子が、「絶対に外に出てはいけない」としっかりつなぎ止めているからです。 まるでゴム紐でしっかりと結ばれた友達同士のように、離れようとしても紐の力で引き戻されてしまいます。 ところが、宇宙が誕生してすぐのほんの一瞬（それでも宇宙の歴史の中では重要な瞬間です）、温度は1兆度をはるかに超え、現在の太陽の中心よりもずっと熱い、究極の極限状態でした。 この極限状態では、クォークを束縛していた「色の力」と呼ばれるゴム紐のような力がうまく働かなくなってしまいます。 なぜなら、高温でたくさんの粒子が激しく動き回っているため、「デバイ遮蔽」という現象によって、クォーク同士を長く引きつける力がかき消されてしまうからです。 【コラム】デバイ遮蔽とは何か？ 「デバイ遮蔽」という言葉を聞くと、難しい物理現象に感じられるかもしれませんが、実は日常的な出来事にも似た現象があります。例えば、騒がしいパーティー会場を想像してみてください。会場が非常に混雑していると、自分の友達の声は近くにいればよく聞こえますが、少し離れてしまうと周囲の騒音にかき消されてしまいます。物理の世界でも似たようなことが起きます。宇宙誕生直後の超高温状態では、非常にたくさんの粒子が猛烈なエネルギーで激しく動き回っていました。粒子同士は本来、お互いを強く引き付けたり押し離したりする力で結びついていますが、粒子が多すぎると、間にあるたくさんの粒子がその力を「邪魔」することになります。その結果、粒子同士の力は近くでは強く働きますが、距離が離れると急速に弱まってしまいます。この効果を「デバイ遮蔽」と呼ぶのです。言い換えれば、デバイ遮蔽はまるで「混雑したパーティーの騒音」のように働いて、クォーク同士のコミュニケーションを妨げてしまう現象と言えるでしょう。デバイ遮蔽のおかげで、クォークたちは宇宙が生まれた瞬間だけ、まるでパーティー会場で自由に動き回る人のように自由な状態を楽しめるようになったのです。 こうして、クォークたちは初めて自由になり、グルーオンと一緒に宇宙空間を好き勝手に飛び回れるようになりました。 このように、クォークとグルーオンが完全に自由な状態で混ざり合い、猛烈な勢いで動き回っている状態を科学者は「クォークグルーオンプラズマ（QGP）」と呼んでいます。 言うなれば、激しく盛り上がった「素粒子たちのパーティー」のような状態です。 しかし、この熱狂的なパーティーは永遠に続きませんでした。 宇宙は急速に膨張して温度が下がり、クォークたちは再び集まりはじめ、今度は原子核の中に閉じ込められていきます。 この時、激しかった素粒子たちのパーティーの「後味」がどのように残ったのかを知ることが、宇宙の起源や初期宇宙の性質を探るためには極めて重要になります。 この宇宙誕生直後の物質の「後味」、つまり素粒子がどれくらい動きやすかったのか、どのくらい粘り気があったのか、といった性質を科学者は「輸送係数」という言葉で表します。 ただし、宇宙誕生直後にタイムマシンで戻って、実際にこの「宇宙スープ」をかき混ぜてみることは当然できません。 そこで科学者たちは、この宇宙誕生直後の環境を地球上で再現することにしました。 再現された極限状態の宇宙スープを調べるための理想的な「測定器」になるのが、チャームクォークやボトムクォークという非常に重いクォークを持つ粒子（重粒子）です。 これらの重粒子はまるで超重量級の粘度計のように機能し、宇宙誕生直後の激しく熱いスープの粘り気や動きやすさを敏感に感じ取ることができるのです。 これまでの研究では、主にクォークグルーオンプラズマそのものの性質や、その中での粒子のエネルギー損失などについて多くのことがわかってきました。 しかし、宇宙が冷え始めて再びクォークが閉じ込められ、普通の粒子（ハドロン）に戻っていく段階ではどのようなことが起きていたのでしょうか？ 実はこの「パーティーが終わった後」の冷却過程での粒子のふるまいについては、まだ十分には理解されていませんでした。 本当に宇宙誕生の瞬間の謎を完全に理解するには、このパーティー後の冷却段階の調査が欠かせないのです。 では、実際の実験では、どのようにして宇宙誕生直後のスープを再現し、その「後味」を調べているのでしょうか？ ビッグバン直後の宇宙スープは予想外に「濃厚」だった ビッグバン直後の宇宙スープは予想外に「濃厚」だった / Credit:Canva どのようにして宇宙誕生直後のスープを再現し、その「後味」を調べるのか？ 調査にあたって研究者たちはまず、巨大な粒子加速器を使って、鉛のように非常に重い原子核を光の速さに極めて近い速度まで加速させます。 そして、この猛スピードで動く原子核同士を正面衝突させるのです。 すると、衝突の瞬間には、宇宙誕生から数マイクロ秒後に存在した超高温・超高密度の「クォークグルーオンプラズマ（QGP）」が生まれます。 この時の衝突点の温度は、なんと太陽の中心温度の10万倍以上、約1兆度という驚異的な高温に達します。 これはまさに、宇宙誕生直後の激しい環境を地球上に小さなスケールで再現しているようなものです。 この激しい衝突によって、クォークやグルーオンを含む大量の粒子が生成されます。 その中には特に重要な役割を果たす重いクォーク（チャームクォークやボトムクォーク）も生まれます。 こうした重いクォークは、生成された瞬間から他の軽い粒子とは異なる動きをします。 質量が大きいため、最初の激しい爆発（クォークグルーオンプラズマ生成直後）でも周囲の軽い粒子ほど高速で飛び出さず、比較的ゆっくりと動き始めるのです。 先にも述べたように重いクォークは、この激しく熱い粒子のスープの中を通り抜ける間、スープの性質（例えば粘度や動きやすさ）を敏感に感じ取りながら進んでいきます。 そして次第にクォークグルーオンプラズマは急速に冷え始め、自由に動き回っていたクォークたちは再び集まり、「ハドロン」と呼ばれる安定した粒子（陽子や中性子など）へと姿を変えていきます。 そして、このハドロン物質の状態になった後でも、重いクォークを含む粒子（例えばDメソンやBメソンなどの重粒子）は、周囲の軽い粒子と何度も衝突しながら、冷めゆく粒子スープの中をゆっくりと通り抜けます。 このプロセスは、例えば、混雑したプールに重いボールを落とした場合を想像すると分かりやすいでしょう。 ボールを水面に落とすと最初は激しい水しぶきがあがりますが、時間が経つにつれてその波は収まっていきます。 しかし波が収まった後も、ボールは水の中で泳いでいる人々に何度もぶつかりながらゆっくりと動き続けます。 実験での重いクォークもまさにこの重いボールのように、最初の激しい衝突（クォークグルーオンプラズマ）段階を通り過ぎた後でも、冷え...

イノシシを持ち寄る「フェス文化」が1万年前のイランにあった⁈ - 07月15日(火)20:00  ナゾロジー

友人宅でのパーティーに招かれた際、「何を持っていこうかな？」と悩んだ経験はあるでしょう。 現代ならワインや手土産のお菓子などが定番ですが、今から約1万年前のイランの祝宴では、なんと山を越えて巨大な野生のイノシシを持ち寄っていたようです。 この驚くべき事実は、オーストラリア国立大学（ANU）の考古学チームにより明らかにされました。 舞台はイラン西部ザグロス山脈に位置する「アシアブ（Asiab）」遺跡。 まだ農耕も牧畜も始まっていなかったこの時代、なぜ人々は重くて危険なイノシシを遠方から運び、集団で祝宴を開いたのでしょうか？ 研究の詳細は2025年7月3日付で科学雑誌『Communications Earth & Environment』に掲載されています。 目次 70キロ離れた場所からイノシシを持参していた産地のイノシシで絆を深め合う？ 70キロ離れた場所からイノシシを持参していた イラン西部のアシアブ遺跡で発見されたのは、直径20メートルにも及ぶ円形の建物の内部に封じられた19頭分の野生イノシシの頭蓋骨でした。 解体の跡が残されていたことから、これらは大規模な祝宴で消費された可能性が高いと考えられています。 注目すべきは、この地域に野生イノシシが自然に生息していたにもかかわらず、わざわざ遠くからイノシシを運んできたという点です。 研究チームは今回、5頭のイノシシの歯を...more分析し、歯のエナメル質に含まれる酸素同位体やストロンチウム同位体比、さらにはバリウム濃度を詳細に調査。 イノシシの歯を分析した手順/ Credit: Petra Vaiglova et al., Communications Earth & Environment(2025) その結果、少なくとも4頭のイノシシが遺跡から70km以上も離れた場所から持ち込まれていたことが判明したのです。 しかもそれらのイノシシは異なる季節に生まれ、異なる食生活を送っていたため、同じ群れ出身ではないことが明らかになりました。 単なる食料調達なら、近場で狩れば済むはず。 それでもなお遠方の個体を選び、山岳地帯を越えて運んできたという事実は、この祝宴に強い象徴性と社会的意義があったことを示しています。 産地のイノシシで絆を深め合う？ では、なぜここまでの労力をかけてまでイノシシを運んだのでしょうか？ 考古学者たちは、この祝宴が単なる「お肉パーティー」ではなく、遠方コミュニティとの絆を確認し合う儀式的なイベントだったと考えています。 祝宴に使われたイノシシたちは、まるで「地元の名産品」のように、それぞれの土地から「手土産」として持ち込まれたのかもしれません。 これは現代でもフランス産チーズや韓国の黒鶏など、その土地土地の風土が香る食材が高く評価されることと通じます。 また、狩猟が「生きるための手段」である以上に、社会的地位や精神的意味をもつ行為だった可能性もあります。 他の地域では、動物の骨を森に返す、足を最初に切るなど、動物との関係性を重視する文化が存在しており、アシアブの祝宴もこうした人間と動物の“つながり”を祝う儀式だったのではないかと推測されます。 チームは、これが家畜化の前段階、つまり「人間が特定の動物に意味を見出し始めた時代」を象徴していると指摘しています。 イノシシという危険な動物をあえて選び、祝宴でその命を“捧げる”ことで、人間と動物の関係性を社会全体で再確認する機会だったのかもしれません。 イノシシを持ち寄るイメージ画/ Credit:Generated by OpenAI’s DALL·E,ナゾロジー編集部 今回の研究は「農業が始まる前の人類社会は、もっと無秩序で単純だった」という従来のイメージに一石を投じるものです。 アシアブの祝宴では、計画性・地理的ネットワーク・象徴的意味づけといった、非常に洗練された文化がすでに存在していました。 およそ1万年前、人々は野生のイノシシを「選び」、それを「運び」、そして皆で「分かち合う」という形で、社会的つながりと自然への敬意を可視化していたのです。 現代のフェスやパーティーにも通じるその営みは、人間がどれほど昔から「集い」「語り合い」「贈り合う」存在であったかを、静かに物語っているようです。 全ての画像を見る参考文献Guests at a feast in Iran’s Zagros Mountains 11,000 years ago brought wild boars from all across the landhttps://theconversation.com/guests-at-a-feast-in-irans-zagros-mountains-11-000-years-ago-brought-wild-boars-from-all-across-the-land-260179元論文Transport of animals underpinned ritual feasting at the onset of the Neolithic in southwestern Asiahttps://doi.org/10.1038/s43247-025-02501-zライター千野 真吾: 生物学に興味のあるWebライター。普段は読書をするのが趣味で、休みの日には野鳥や動物の写真を撮っています。編集者ナゾロジー 編集部...

電子は動かず『電子のスピンだけ』が流れて情報伝達できる微小チップを開発 - 07月15日(火)18:30  ナゾロジー

電気の流れは普通、電子という粒子が線路のような導線を移動することで起こります。 しかしもし電子がほとんど動かず、「スピン」と呼ばれる性質だけがリレーのように次々と伝わって情報を運ぶとしたら――まるでSFのようだと思うでしょう。 オランダのデルフト工科大学（TU Delft）で行われた最新の研究によって、電子自身ではなく、そのスピンのみが情報を運ぶ『スピン流』を、巨大な磁石を使わず安定的に発生させチップを開発することに成功しました。 電子が動かずスピンのみが流れるこの新技術は、量子コンピュータや省エネデバイスなど未来の情報通信を支える可能性を秘めており、その画期的成果が科学界で注目を集めています。 研究内容の詳細は2025年6月24日に『Nature Communications』にて発表されました。 目次 電子を動かさず情報を伝える「スピントロニクス」とは？電子が止まってスピンだけが動く――グラフェンが起こした量子革命グラフェンが開いた「スピン流革命」 電子を動かさず情報を伝える「スピントロニクス」とは？ 電子を動かさず情報を伝える「スピントロニクス」とは？ / Credit:Canva スマートフォンを長時間使っていると、いつの間にか本体が熱くなってしまった──そんな経験は誰しもあるのではないでしょうか。 これは、電子回路の中を電子が移動するときに抵抗が生じ、電気エネルギー...moreの一部が熱として逃げてしまうためです。 もし、このエネルギーのロスをなくすことができたら、もっと効率的で省エネルギーな電子機器が作れるはずです。 こうしたアイデアから登場したのが、近年話題の「スピントロニクス」という新技術分野です。 スピントロニクスは、「スピン」という電子が持つ不思議な性質を利用して情報を伝える技術です。 「スピン」とは電子自身が持つ磁石のようなもので、小さな方位磁石の針が上か下かというように、電子それぞれが決まった磁石の向きを持っています。 通常の電流は、電子が集団で一方向に移動することで電気信号を伝えますが、「スピン流」では、電子はほとんど動かずに、磁石の向き（スピン）の情報だけが電子から電子へと伝達されていきます。 身近な例で例えてると、電子が人間でスピンが人間の「お気持ち（ポジティブとネガディブ）」のようなものだとすれば、人間はそのままに「お気持ち」だけが人づてに伝達されていく状態と言えるでしょう。 結果として電流が流れることはありませんが、それでも情報だけが遠くまで届くのです。 これが、「純粋なスピン電流（スピン流）」と呼ばれるものです。 スピン流の大きな魅力は、熱として失われるエネルギーが極めて少ないことにあります。 電子そのものが動かないので、移動時の抵抗がほぼゼロとなり、発熱やエネルギーのロスを劇的に抑えることができるからです。 もしこれを実用化できれば、スマートフォンやパソコンは今よりずっと省エネで長持ちし、さらにスピンを使った超高速で省電力なメモリやプロセッサなど、未来的なデバイスの実現にもつながります。 また、スピン流は電子の持つ量子的な性質を利用するため、量子コンピュータの性能を飛躍的に高める新技術としても注目されているのです。 そのスピントロニクスの最有力候補として研究が進められてきたのが、グラフェンという炭素原子１個分の厚さしかない素材でした。 グラフェンは薄くて軽く、しかも電子の動きが速いため、スピンの情報を遠くまで運べる理想的な材料とされてきました。 ところが大きな問題がありました。 これまでグラフェンでスピン流を制御するには、大型の磁石を使って強い磁場を加えなければならなかったのです。 これではスマホや小型の電子チップに組み込むのはほとんど不可能でした。 そこで研究者たちは、磁石や磁場を外部から加えることなく、小さなチップの上でスピン流を安定して作り出す方法を探しました。 果たしてスピン流で情報伝達を行うチップのような夢の技術は実現できるのでしょうか？ 電子が止まってスピンだけが動く――グラフェンが起こした量子革命 電子が止まってスピンだけが動く――グラフェンが起こした量子革命 / Credit:Canva 電子を動かさずスピン情報だけを流すチップは実現するのか？ 答えを出すため研究者たちは、まずグラフェンのすぐ隣に特殊な磁性材料を重ねるというアイデアを試してみました。 用意されたのはCrPS₄（シーアールピーエスフォー）という特殊な結晶で、クロム、リン、硫黄の原子がミルフィーユのように何層にも積み重なってできています。 このCrPS₄は普通の磁石とは違って、ごく薄い原子層の中にだけ磁性を持つ、不思議な性質を持っています。 研究者たちは、この薄くて平らなCrPS₄の上に、原子一枚分の薄さしかないグラフェンを丁寧に重ね合わせて、小さなサンドイッチ構造を作りました。 この「原子サンドイッチ」には、特別な仕掛けがありました。 グラフェン自体は本来磁性を持っていませんが、CrPS₄と接することで、その磁気的な性質がグラフェンの中にしみ込むように伝わり、電子の性質が劇的に変わります。 具体的には、グラフェンの端に沿って特殊な電子状態が現れ、スピンが綺麗に並びながらも、電子自体はそれほど大きく動かないという奇妙な状態が作られます。 これは「量子スピンホール（QSH）効果」と呼ばれるもので、通常は強い外部磁場がなければ実現できない現象でした。 しかし、今回の実験では、この状態を大きな磁石を使わずに、CrPS₄の持つ磁性だけを活用して実現することに初めて成功しました。 さらに、この実験ではもう一つ興味深い現象が見られました。 「異常ホール効果（AH効果）」という、物質が持つ磁性の影響で電気が勝手に横に曲がって流れる不思議な現象も、同時に観測されたのです。 グラフェンはもともと磁石のような性質を持ちませんが、CrPS₄の影響を受けて磁性を持つようになり、この異常ホール効果が室温近くでもはっきりと観測されるほど顕著に現れました。 これにより、グラフェンが磁性を帯び、しかもQSH効果とAH効果という通常は同時に起こりにくい現象が共存するという、珍しい状況が初めて実証されたのです。 また研究チームは、この特殊な「スピン流」が持つ情報伝達能力についても詳しく調べました。 グラフェンを使ったデバイスの中を、このスピン情報がどれくらい安定して伝わるのかを検証したのです。 すると驚くべきことに、数十マイクロメートルという電子の世界では驚異的な距離まで、スピンの情報がまったく乱れることなく伝わりました。 数十マイクロメートルとは、人間の髪の毛１本とほぼ同じか、数本分の距離に相当します。 こんなに長い距離でも、磁石の向きをそろえたスピンの情報は途中で壊れることがありませんでした。 これは、トポロジカルという特殊な数学的な保護の仕組みによってスピン流が守られているためで、多少の欠陥や障害があっても影響を受けないことを意味します。 研究者たちは、この頑丈なスピン流を「欠陥や障害に対しても頑強なトポロジカルに保護されたスピン流」と表現しています。 今回の実験で特に注目すべきは、従来の研究のように巨大な磁石を使った大がかりな装置が不要で、極めて小さなチップの上で全ての結果を確認できたことです。 これは、スマートフォンやパソコンなど私たちの身近なデバイスに応用可能なスピントロニクス技術が、現実味を帯びてきたことを示しています。 では、この発見は具体的にどのような技術や製品に応用され、私たちの生活を変える可能性を秘めているのでしょうか？ グラフェンが開いた「スピン流革命」 グラフェンが開いた「スピン流革命」 / Credit:Canva 今回の研究によって、「巨大な磁石を使わず、グラフェンという極めて薄い材料の上で安定したスピン情報の流れを作ることが可能である」という画期的な可能性が示されました。 これは単に「磁石なし」でスピンを操れるという便利さだけではありません。 電子機器が抱えてきた発熱やエネルギーロスといった大きな問題を根本から変えてしまうほどの重要な発見なのです。 なぜそんなに重要なのか──それは、現代の電子機器が「熱」との戦いを続けているからです。 スマートフォンやパソコン、さらには巨大なデータセンターまで、電子が動くことで常に熱が生まれ、その熱を逃がすために膨大なエネルギーを使っています。 今回の研究が示したスピン流を使えば、電子そのものを動かさずに情報を伝えることができるため、熱として無駄に失われてしまうエネルギーを大幅に削減できる可能性があります。 その結果、スマホ...