スーチトラ・セバスチャンはフリンジ物理学者です。クラックポットではありません — 彼女はケンブリッジ大学で講義を行っており、Science で一連の論文を発表しています。 そして自然 .しかし、彼女は、他の物理学者がすでに探求している物質形態間の境界領域に足を踏み入れることを好みます。そこでは、物質内の粒子がある構成から別の構成に変化し始める限界空間で、新しい量子効果が現れます。 「その多くは、理論的に予測される前に出現する、本当にエキサイティングな現象です」と Sebastian は喜んで言いました。
昨年、彼女と彼女の同僚は、電子が絶縁体を通り抜けているように見えるものを発見した.六ホウ化サマリウムと呼ばれる物質での観測は、まだ理解されていません。しかしセバスチャンは、1 つの可能性として、ループしていたのは電子ではなく、まったく新しい種類の亜原子構成要素だった可能性があると述べています。
電子間の相互作用は、ほぼすべての複雑な材料の基本的な構成要素として機能する、準粒子として知られる波状の擾乱を作成します。既知の準粒子は、より重いバージョンの電子のように振る舞う傾向がありますが、この場合はそうではありません。 「六ホウ化サマリウムでは、電子自体がバラバラになっている可能性があります」とセバスチャンは言いました。 「したがって、電子を構成要素と考える代わりに、電子の小部分を構成要素と考える必要があります。」これらの分数準粒子は、物質の宇宙を理解するためのまったく新しい方法を生み出すでしょう。
セバスチャン自身は非常に異なる世界の間を移動します。科学を探求する前は経営コンサルタントとして働いていましたが、現在は研究室にいないときは実験的な演劇作品に出演しています。 「私はさまざまなことを熱心にやっています」と彼女は言います。 「分析物理の側面に時間を費やしすぎると、酸素が欲しくて息が詰まるようなものです。」研究とは、「線の内側を描くことではありません。それは発見と創造性です。」
クォンタ マガジン 彼女の研究と科学への彼女の型にはまらない道について、セバスチャンと話しました。インタビューの編集および要約版が続きます。
QUANTA MAGAZINE:科学にとってまったく新しい量子効果を探します。どうやって探しますか?
SUCHITRA SEBASTIAN:選択肢の 1 つは、たくさんの、たくさんの、たくさんの資料を見ることです。 「まったく違うことをする人を見つけようとしている」と言うことができます。あなたはそれを見つけることができないかもしれません。私が気付いたのは、外部条件 (圧力、温度、磁場) を使用して材料を操作し、その材料が本当に興味深いことを行い、新しい量子特性が現れる領域に移動できるということです。
その魔法の地域はどこですか?
水は水かもしれないし、氷かもしれないし、蒸気かもしれない。これらは同じ材料ですが、異なるフェーズにあります。量子の世界では、さまざまなフェーズを持つこともできます。同じ物質と同じ電子を持つことができますが、相互作用により、物質が1種類の物質に組織化される可能性があります。つまり、特定の条件下では、磁石を持つことができます。その後、わずかに異なる方法で量子構成が行われ、磁石が超伝導体に変換されます。私が興奮している領域は、これらの相の間の領域であり、量子臨界領域です。ある段階と別の段階の間には、何が起こるか分からないこの中間領域があり、まったく新しい形態の物質が出現する可能性があります。
量子効果を生み出すものは何ですか?
弱い電子相互作用を持つ単純な材料は、材料全体で平均化できる電子が飛び回る傾向の観点からモデル化できます。しかし、より強く相互作用する物質では、数兆個の電子と数兆個の電子のそれぞれの間の相互作用による反発力が、飛び回る傾向よりも強い.この場合、結果として生じる集団効果を予測することはほとんど不可能であり、個々の電子の挙動とは劇的に異なる可能性があります.
昨年、あなたは六ホウ化サマリウムと呼ばれる物質で予想外の量子効果を発見しました。何がそんなに驚くべきことでしたか?
金属は電気を運ぶもの、絶縁体は電気を運ぶものではないと考えています。金属中の電子は長距離を移動しており、電荷を運んでいます。これが電気の流れです。絶縁体では、電子は大部分が 1 つの位置にくっついています。電気が絶縁体の中を運ばれないのはそのためです。六ホウ化サマリウムは、トポロジカル絶縁体として知られる材料のクラスに属すると予測されていました。この絶縁体では、電流は表面のみを流れ、バルク [材料の内部] では流れません。
サンプルで測定した磁化が、軌道を実行する電子の特徴である揺れを示し始めたとき、私たちは本当に、本当にショックを受けました。これらの電子が非常に長い軌道を移動していることがわかりますが、それらはバルクから来ています。しかし、バルクは断熱性があります。それらの電子はほとんど動いていません。これらの大きな軌道を移動しているとはどのように考えられるのでしょうか?
何が起こっているのでしょうか?
これらの軌道を移動しているのは電子であると想定していますが、同時に、移動する電荷がないため、電子が移動している可能性はありません。
おそらく何が起こっているのかというと、電子がこの量子集合体で集まると、個々の電子の観点から物理を説明することはできなくなります.可能性としては、電子自体がばらばらになっている可能性があります。したがって、電子をビルディング ブロックと考える代わりに、電子の小部分をビルディング ブロックと考える必要があります。
これを裏付ける新たな発見の 1 つは、この材料を介して熱が輸送されることですが、輸送される電荷はありません。したがって、電荷ではなく熱を運ぶスピン [の量子特性] を運ぶ粒子について考える必要があるかもしれません。 1 つの可能性は、電荷ではなくスピンを運ぶ、スピノンとして知られる中性準粒子の一種です。
電子がもはや基本的なビルディングブロックではないことが判明した場合、それは非常に衝撃的です.そのようなケースがいくつあるかは、片手の指で数えることができます。
なぜそんなにショッキングなのですか?
物質の基本的な構成要素が、私たちが思っていたものではないことを発見すると、常にショックを受けます.当初、基本的な構成要素は原子であると考えていました。その後、中性子、陽子、電子などの素粒子が発見されました。
複雑な物質を説明するとき、基本的なビルディング ブロックを電子と考えます。凝縮物質物理学における包括的な探求の 1 つは、あたかも電子が崩壊したかのように、根本的に異なる振る舞いをする物質を見つけることです。これは、電子のような準粒子の観点ではなく、分数成分に基づく準粒子の観点から、新しい説明が必要であることを意味します。
最も明確な例の 1 つは分数量子ホール効果で、構成要素として電荷を運ぶ電子の代わりに、基本的な構成要素が分数電荷を運ぶ電子のフラグメントであることが観察されます。
ビデオ: Sebastian は、極端な条件が予期しない量子動作をどのように引き起こすかについて話します.Quanta Magazine の Philipp Ammon 氏
また、あなたは「量子錬金術」と呼ばれるプロセスである、ダイヤモンドの金床で磁石を圧迫することによって、抵抗なしで電気を伝える物質である超伝導体を作成しました。新しいタイプの超伝導体を探索するためにどのような戦略を使用していますか?
これまでのところ、既存の超伝導体を見ると、ほとんどの場合磁性に近く、絶縁性に近いことがよくあります。もう 1 つの有望な特徴は層状材料です。そのため、材料は結晶構造が立方体ではなく、かなり 2 次元です — それらの結晶構造は引き伸ばされています。
重要なのは、これらの有望な特性を持つ材料に圧力を加えて、非超伝導体から超伝導体にすることです。これを行うことによって、おそらく最適な高温超伝導体から始めることはありません。しかし、異なる種類の材料からいくつかの超伝導体を作ることができれば、ロード マップを作成することができるようになるでしょう。この別のものでは、これらの他の特性を持つ材料から始めました。」パターンを見つけ始めると、超伝導の究極の最適化を追求するための良い架け橋になります。
この最適化は実際に何につながるでしょうか?
室温超伝導体の大きな意味の 1 つは、エネルギーを非常に長い距離 (世界中のどこからどこへでも) 損失なく輸送できることです。再生可能エネルギーは、持続可能なエネルギーの未来の大きな部分を占めるでしょう。常に認識されていないのは、再生可能エネルギーも輸送する必要があるということです。太陽エネルギーはサハラ砂漠に豊富にありますが、最も人口の多い都市は、例えばニューヨークです。何千マイルもエネルギーを輸送するにはどうすればよいでしょうか?魔法の杖を振って理想的な超伝導体にたどり着いた場合、非常に長いケーブルは、エネルギーが生成された場所から最も必要な場所までエネルギーを運びます。再生可能エネルギーについて、より全体論的に考え始めることができます。世界規模のグリッドについて考え始めることもできます。
科学は、より多くの超伝導体を見つけるのに十分なことをしていますか?
新しい超伝導体を探すのにそれほど大きな努力が必要だとは思いません。これらの 2 つの質問があります:銅酸化物超伝導体は、周囲条件で液体窒素温度を超える温度で超伝導することが知られている 1 つの既知の材料ファミリーです。また、新しい超伝導体をどのように作るのでしょうか?私の印象では、この分野の取り組みの約 90% が、銅酸化物超伝導体を理解する方法に集中しています。それは非常に興味深く重要な分野ですが、新しい超伝導体を作る方法に対する努力と関心があまりにも少ないと思います.個人的には、この発見のプロセスを加速するために、科学者は業界と提携するか、組立ライン プロセスの考え方に精通している組織と提携する必要があると感じています。これは非常に重要な問題です。
業界で働いた経験があります。大学で物理学を学んだ後、物理学に戻る前に、MBA を取得し、経営コンサルタントとして数年間働きました。しばらく科学を離れたのはなぜですか?
私は物理学が大好きで、物理学に情熱を注いでいますが、この分野自体は非常に閉鎖的で、あまり多様ではない傾向があると思います。私は、物理学をやっているのを見たような人たちと同一視しませんでした。彼らはあまり楽しくも面白くもありませんでした。彼らは本当にこれらの小さな世界に閉じ込められているように見えました.彼らは自分たちが何をしているかについて多くのことを知っていました.私は本当に、さまざまな方法で自分の周りのすべてのものと関わる必要があります.世界はどのように機能し、経済はどのように機能し、政府はどのように運営されているのでしょうか?私たちの活動が社会に与える影響に興味があります。私は実際に MBA に応募し、物理学に応募し、工学に応募し、文学に応募しました。私は全員にインタビューを行い、MBA のインタビューも非常に興味深いものでした。これが私の決断の仕方です。
でも、最終的にコンサルティングが楽しくなかったのですか?
彼らは、既成概念にとらわれない考え方や、さまざまな分野の興味深い人々との出会いとして、あなたにそれを売り込んでいます。しかしやってみると、それは型破りな考え方ではないことに気づきました。そこに長くとどまるほど、ソリューションを発見することは少なくなり、同じ古いソリューションをネットワーク化して販売しようとすることがますます多くなります.
しかし、だからこそ、コミュニケーションがいかに重要であり、聴衆を参加させることがいかに重要であるかを認識していると思います.科学者は、非常に具体的なことについて多くのことを知っていると自己満足していることがあると思います。実際、誰かが理解していなければ、それは彼らの問題です。しかし、売り込みを行っていて、クライアントがそれを購入しない場合、それはあなたの問題です.人々を参加させるために説得力のある主張をすることを学ぶのはあなた次第です.本当の違いは、私のコンサルティングの仕事では、自分が売り込んでいたソリューションに対して、残りの人生でやりたいと思うほど情熱的ではなかったということです。それは素晴らしいことですが、それは世界を変えますか？いいえ。しかし、物理学に関しては、私はそれに情熱を注いでいます。世界に革命を起こす可能性があります。
それで、物理学でやりがいを感じましたか?
自分の道を見つけるのに時間がかかったと思います。そういう経験が必要だったと思います。物理学に戻ったとき、今では自分のさまざまな部分をすべて保持して開発することができます。今では、私はよりバランスの取れた人間になり、ステレオタイプの物理学者でなくても物理学を学べることを認識することができます.
物理学は、ボードに方程式を書いたり、コンピューターの前に座ったりするだけではありません。科学とは、新しい世界を探求することです。そのように世界にアプローチする人はたくさんいますが、彼らは物理学がそれについてのものであることを認識していません.私たちは、これらの人々をもっと物理学に惹きつける必要があります.
あなたは、「私が誰であるかは、私が行う科学の中心にある」と言いました。説明できますか?
あなたがしている科学は、あなたという人間から取り除かれているという印象を抱く人が多いと思います。それはほとんど人々が交換可能であるようなものです。物理学では、あなたという人間があなたの科学にとって不可欠であるということを、彼らは本当に認識していないように感じます。人によって物理のやり方はまったく異なります。私は非常に探索的な物理学を選択し、答えがどうなるかわからない問題を意図的に選択します。しかし、他の人にとっては、仮説を証明するために10桁目を探しているので、非常に注意深く、何かを設定するのに何年もかかるような物理学を行う必要があることを認識しています.私たちの周りの世界についてもっと学ぶためには、さまざまな方法でそれに取り組む必要があります.
より多くの人々を科学に惹きつけるためにどのように努力しましたか?
私は以前にソープボックストークと呼ばれることをしたことがあります.私たちは公共の場に行きます—それは科学の大道芸のようなものです.それは文字通りひっくり返った木の箱であり、「クールな科学について学びたいですか？」と言って通り過ぎる歩行者と交流する人もいます。人々はとても興奮しています。
余暇には演劇をしており、ケンブリッジ大学の新しい科学棟の開館を祝う美術展の先頭に立ったところです。アート サイエンスのイベントをさらに開催する予定はありますか?
アートを通して関わることは、私にとって本当に新しいことです。しかし、初めての作業でうまくいったことに本当に興奮しています。私たちはそれを前進させることについて話し合っています。創造性は、異なる世界をひとつにまとめるときに生まれます。たったひとつのことをやっていて、自分とよく似た人に出会うと、ある種の考え方が強まり、マンネリ化してしまうことが多いと思います。しかし、創造性はどこから来るのでしょうか?それは、異なるアプローチが交差するときに起こります。そのためには物理的な空間が本当に、本当に重要だと思います。人々が集まり、偶然の出会いがある場所です。あらゆる種類のサイロ化を打破するには、これらのインターフェースと穴のあいた境界を持つことが重要だと本当に思っています.
