今だ謎の「二重スリット実験」を説明？ 見えなくても“暗い状態の光子”が存在する新理論 海外チームが発表

　この理論は二重スリット実験における謎も説明する。二重スリット実験とは、量子力学の基本的な実験であり、粒子と波動の二重性を示すものだ。 　この実験では、光や電子などの粒子を放出する光源と、2つの細い平行なスリットが開いた障壁、その向こう側にある検出スクリーンを配置する。障壁に光を当てると、2つのスリットを通過して検出スクリーンに明暗の縞模様が現れる。これは通常、光の波がスリットを通り抜け、スクリーンで互いに出会うためだと説明される。 　不思議なのが、光を1粒ずつ発射して障壁に当てても、同様に検出スクリーンに明暗の縞模様が現れる点である。これは粒子が波のように振る舞い、両方のスリットを同時に通過したかのような結果を示している。 　新理論では、明暗の縞模様における光子はスクリーン上の位置によって「明るい状態」または「暗い状態」として説明される。明るい状態の光子は検出器と相互作用して見えるが、暗い状態の光子は検出器と相互作用できないため見えないという説明だ。単一光子（粒子）でも多数の光子（波）でも、同じ位置では同じ状態になるため、同一のパターンが現れるのだ。 　二重スリット実験のもう一つの謎に「光子がどちらのスリットを通ったかを観測すると、なぜ縞模様が消えるのか」という問題がある。これは、どちらのスリットを粒子が通過したかを観測するための装置を実行すると縞模様が消失するという現象。この不思議な現象を、従来は「観測という行為が光子を乱すから」と説明されてきた。 　しかし新理論では違う説明をする。暗い状態の光子は「両方のスリットを同時に通った」という特殊な量子状態にあり、どちらのスリットを通ったかを観測すると、この特殊な状態が壊れてしまう。すると本来は見えないはずの暗い領域でも光子が見える。 　つまり、どちらのスリットを光が通ったかを観測すると干渉縞が消えるのは、観測行為が光子を物理的に乱すからではなく、観測によって「暗い状態」という特殊な量子状態が壊れ、本来見えないはずの場所でも光子が検出可能になるためである。 　この研究は、光の波と粒子という一見矛盾する性質を、量子力学的な「明るい状態」と「暗い状態」という概念で統一的に理解する道を開いている。 　応用面では、「明るい状態」を利用した高輝度光源の開発や、「暗い状態」を利用した外部からの干渉に強い量子メモリや量子コンピュータの開発などが考えられるという。 　Source and Image Credits: Celso J. Villas-Boas, Carlos E. Maximo, Paulo J. Paulino, Romain P. Bachelard, Gerhard Rempe. Bright and Dark States of Light: The Quantum Origin of Classical Interference. Phys. Rev. Lett. 134, 133603 - Published 3 April, 2025 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.133603 　※Innovative Tech：このコーナーでは、2014年から先端テクノロジーの研究を論文単位で記事にしているWebメディア「Seamless」（シームレス）を主宰する山下裕毅氏が執筆。新規性の高い科学論文を山下氏がピックアップし、解説する。X： ＠shiropen2