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「鳥は量子もつれで磁場を見る」：数学モデルで検証
2011年2月 3日 Lisa Grossman
鳥類は、地球の磁場を「見る」ために量子力学を利用しているらしい----この問題を研究して
いる物理学者チームによると、ヨーロッパコマドリはその視覚細胞において、量子もつれの状態を、
最も優れた実験室でのシステムより20マイクロ秒も長く維持している可能性が考えられるという。
鳥類に限らず、一部の哺乳類や魚類、爬虫類、さらには甲殻類や[ゴキブリなどの]昆虫も含む
多くの生物は、地球の磁場の方向を感知して移動の手がかりとしている。イリノイ大学アーバナ・
シャンペーン校の物理学者Klaus Schulten氏は1970年代末に、鳥類の目の中では、地磁気を
感じ取る未知の生化学反応が起こっており、鳥類はそれを頼りに移動しているとの説を唱えた。
その後の研究で、鳥の目には「クリプトクロム」というタンパク質を含んだ特殊な視覚細胞が
存在することが明らかになった。光子が目に入り、クリプトクロムにぶつかると、「量子
もつれの状態で存在する電子」にエネルギーが供給される。[励起状態になり、「ラジカル対」
と呼ばれる状態になる]
その結果、2つの電子の一方が、数ナノメートル離れ、対になっているもう一方の電子とは少し
だけ異なる磁場を感知する。磁場がこの電子のスピンをどのように変化させるかによって、
さまざまに異なる化学反応が生じる。理論上は、鳥類の目の全体で生じるこうした化学反応の
多くが、地球の磁場を、さまざまに変化する光と影のパターンとして描き出していると考えられる。
実験室でのシステムでは、原子を絶対0度近くまで冷却しないと、量子もつれの状態を1000分の
数秒より長く維持できない。これに対し、生体では温度と湿度が高すぎて、量子状態を長い間
維持することはできないように思われる。だが実際には、維持できているように見えるのだ。
カリフォルニア大学アーバイン校の物理学者Thorsten Ritz氏が中心となり、2004年に発表された
研究では、地球の磁場のみの影響下にあるコマドリは、方角を間違えることなくアフリカへと
渡りを行なうことができるが、地球磁場のほかにもう1つ振動磁場の影響が加わると、コマドリの
体内コンパスは正常に働かなくなることが証明された。この2つ目の磁場はごく弱く、「地球磁場
の1％」の3分の1にも満たないため、それが影響を与えたとすれば、量子に感度を持つ何らかの
システム以外には考えられない。
そして今回、『Physical Review Letters』誌に発表された新たな研究において、オックスフォード
大学およびシンガポール国立大学の量子物理学者Simon Benjamin氏らの研究チームは、Ritz氏が
行なった実験の数学的モデルを構築した。このモデルには、地球磁場、弱い2つ目の磁場、そして
鳥類の磁気感覚のもとになっていると考えられる量子システムが含まれている。
（>>2以降に続く）
▽記事引用元 WIRED VISION
URLﾘﾝｸ(wiredvision.jp)
WIRED NEWS 原文(English)
URLﾘﾝｸ(www.wired.com)
▽画像 ヨーロッパコマドリ(Image: Ernst Vikne/Flickr)
URLﾘﾝｸ(img2.wiredvision.jp)
Ｎ＠C60の構造(Image: Simon Benjamin)
URLﾘﾝｸ(img3.wiredvision.jp)
▽文中PDFリンク(英語)「地球の磁場のみの影響下にあるコマドリは、方角を間違えること
なくアフリカへと渡りを行なうことができるが、地球磁場のほかにもう1つ振動磁場の影響が
加わると、コマドリの体内コンパスは正常に働かなくなる」Thorsten Ritzら(2004)
URLﾘﾝｸ(www.physics.uci.edu)
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