本年のNicholas Kurti科学賞受賞者のSamuli Autti博士へのQ&A

Nicholas Kurti 科学賞を受賞されたお気持ちをお聞かせください。

Iこの賞を受賞できたことに感謝し、大変光栄に思っています。一方で実験物理学はチームワークであり、私が共同研究している、また過去に指導を受けた数多くの素晴らしい人たちのおかげであることをお伝えしたいと思います。

応募された研究について、詳しく教えてください。

この賞が授与される4つの主な発見は、半量子渦、時間結晶物理の基礎、ケルビン波カスケード、3次元超流動³Heの2次元的特徴です。これらにはすべて、ここに収まりきらないストーリーがあるのですが、そのハイライトをいくつかご紹介します。

半量子渦は、40年ほど前に存在が予測され、その発見のために多くの研究が行われてきました。簡単に説明すると、半量子渦とは、超流動体の中にある「穴」のことで、液体が円を描くように流れることになります。この渦は、量子物理学で用いられる絶対最小単位である1量子より小さな単位で発生することが特徴です。私たちは、超流動ヘリウムの新しい極相で測定を開始しましたが、この奇妙な渦は安定していることがわかりました。この実験は、おそらく私がこれまで行った中で最も簡単なものでした。なぜなら、すべてがすぐに一致したからです。私たちは、正しい時に正しい場所にいたのです。

ケルビン波カスケードは、量子流体の乱流におけるエネルギー保存を考える上で、欠かすことのできない重要なピースでした。この仕事は、私がアールトで博士号を取得し始めた頃に最初の実験が行われた後、分析、思考、シミュレーション、理論的作業を10年以上かけて行いました。つまり、物事はそう簡単にうまくいくものではないのです！
時間結晶の分野は、数年前、超流動³Heに少し刺激を与えると出現する磁性粒子について行っていた研究によって生まれました。この粒子は、永久運動装置を作るのに非常に近いもので、理想的な時間結晶の本質を表しています。凝縮系物質の新しい局面を探求できたことは光栄でしたし、私たちは重要な論文をいくつか発表して、この分野の舵取りをすることができました。しかし、この物語には、間違いなく運も絡んでいます。

素人目には、超流動³Heが2次元に見えるということが、今回紹介した研究成果の中で最も印象的でした。超流動³Heは透明な液体であり、超低温に保つ必要があります。パイントグラスに入ったこの液体に、棒を刺すことを想像してみてください。液体の大部分は機械的に真空であり、棒はその中を動くが、その動きを遅くする力は全く働かないということになります。棒に沿って流れ込む熱も、液体に入ることはありません。その代わり、熱は棒の表面に沿って非常に薄い層となって流れ出し、さらに液体の自由表面やガラスの壁面に沿って流れ出します。この非常に珍しい挙動は、古典物理学と量子物理学の接点に現れます。量子物理学の大きな未解決問題の一つであるこの界面を、³Heをより詳細に調べることで理解できるようになるかもしれません。

ご自身の研究の中で、特に誇りに思っている部分はどのようなことでしょうか。

この賞を受賞したような最重要かつ幸運なものだけでなく、私が取り組んできたほぼすべての研究プロジェクトを楽しんできました。とはいえ、そのどれもが私の研究の中で一番好きな部分というわけではありません。超流動³Heは、おそらく実験室で最も多用途で影響力のある巨視的量子系だと思われます。素粒子物理学や宇宙論など、一見すると遠く離れた物理学の分野とも接点を持ち、概念的な交流を行っています。最近の例では、超流動（-伝導）理論から生まれたヒッグス機構が最も有名でしょう。それを生かすためのコミュニティ活動に参加することが、私にとって最も大切なことなのです。

今後の研究内容を教えてください。

私の現在の研究は、「量子物理学に触れるとどんな感じがするのか」「時間結晶を溶かすことはできるのか」といった疑問に答えようとしています。また、³Heベースのダークマター検出器に取り組んでおり、超流動³Heと初期宇宙でのみ起こる条件での相転移を探求しています。

最後に感想をお願いします。

上記で取り上げた発見はすべて、当初はコミュニティで懐疑的な目で見られていました。つまり、自分の仕事に対する人々の直接的な意見は、必ずしもその重要性や正しさを測る尺度にはならないのです。