サマチャレ3日目！

素粒子論の講義来る！
今日はサマチャレ3日目でした．本日の内容は

• 講義（素粒子）
• 演習（2日目）

です．はい，なんか質素になってきましたね...．その分濃い1日を送っています．特に今日は演習も3時間近く延長して実験しました．それでもまだやることは多いのでもっと時間が欲しいです．といっても，空き時間がないと解析に集中できないのできり替えができて良いのですけど...

素粒子論の講義
　さて，今日の講義の内容に関しては深く書かないことにします．理由は今日は素粒子の講義なので，対称性と保存則についてやLagrangianを不変にする変換とゲージ原理など，解説しだすときりがない上に，いまいち自分も自信をもって分かっているとは言えない内容だからです．ただ，素粒子が発見されてきた歴史やStandard Modelを構築するまでの人類の歴史など，あまりまとまって聞く機会の内容も多く，楽しかったです．その上，Higgs粒子に関しての説明も充実していて，未解明の部分や，これから検証される部分を含めて夢のある話を聞かせていただきました．最後には（もちろん）ILCの宣伝と展望を聞かせていただきました．講義後，ついついILCのTシャツを買っちゃいました（笑）

これと一緒にCP violationのやつも買っちゃいました（笑）

演習2日目

今日も昨日に引き続きダブルスリットについての実験を行いました．昨日は主にセットアップに主眼を置いていましたが，今日はphotonの粒子性と波動性の検証を主に行いました．つまり，Single photonと見なせる時であっても波動性のために自分自身と干渉するという量子力学の原理を検証したわけです．

まず，single photonであるかどうかを検証するために次のようなことをしました．LEDのゲートの周期がほぼ測定の1フレームに等しかったので，1フレームだけ感光させました．その時の写真が次のものです．

これなら数えられそうです．

今回の機材ではパソコンに取り込める形のデータにするだけの設備がなかったため，ここからが非常に古典的なのですが，このPhotonの数を数えました．しかし，以外と数えられる数で，97個でした．この時の時間が33msなので装置の性能である光子の損失10％であることを踏まえると，一秒間に光子は \[ \frac{97}{33\times10^{-3}}\times 10=2.9\times10^4[s^{-1}] \]の割合で通り抜けます．一方，光子が通り抜ける筒の大きさは1.523[m]であるから，光子が筒を通り抜けるのに要する時間は \[ \frac{1.523}{3.0\times10^{8}}=5.1\times10^{-9}[s] \]です．ある光子が筒を通り抜ける間に平均何個の光子が検出されるかというと，\[ 2.9\times10^4[s^{-1}]\times5.1\times10^{-9}[s] =1.5\times10^{-4}\]個である．これより，複数の光子がとっていることはないと考えられる．よって，観測結果はsinge photon であると結論できる．ちなみにもっと強力な光を入射すると以下の写真のようになる．

1フレームの写真

このように1フレームに関わらず，光は連続的に分布している．このような時は画面の光子数が非常に大きいため，複数の光子が同時に通っており，通常の波のように振る舞います．これらの干渉縞の間隔を測って理論値と比較したところ，光がsingle photonの時も，光線である時も同じように振る舞うことがわかりました．このことから光がsongle photonの時も波であり，粒子であることは理解出来るます．さらにそれは，光線の時と同じ干渉縞の間隔なので，光線であっても一つ一つのphotonが上干渉されていると考えらえるます．しかし実際には複数の光子系の干渉問題なので，もっと複雑に干渉していてもよさそうな気もします．これは明日以降の課題としたいです．

ちなみにスクリーンから実際の干渉縞の間隔を出すために次のようなことをしました．

5mmのスリット

上の写真の5mmのスリットを光電面に貼り付け，ゲートを開けっぱなしで干渉もさせないという，一様に明るい画面を作り出し，スリットの像を画面に映した．その写真が下です．

変な色をしているのは解像度のせいかな...

画面のスリットの大きさを定規で測り，5mmのスリットが何倍に拡大されたのかを調べることで画面から干渉縞の大きさを評価しました．

他にも測定結果から緑色の発光ダイオードの発光原理に関する事実に関しての発見などもあって面白かったが，今日は長くなったのでここで終わりにします．