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2022000010-20220028  
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本文公開日
 
タイトル
タイトル 有限温度における自発的物理現象の独自の雑音除去を用いた高精度測定とその理論解析  
カナ ユウゲン オンド ニ オケル ジハツテキ ブツリ ゲンショウ ノ ドクジ ノ ザツオン ジョキョ オ モチイタ コウセイド ソクテイ ト ソノ リロン カイセキ  
ローマ字 Yūgen ondo ni okeru jihatsuteki butsuri genshō no dokuji no zatsuon jokyo o mochiita kōseido sokutei to sono riron kaiseki  
別タイトル
名前 High precision measurements of spontaneous fluctuations at finite temperatures using original noise reduction and their theoretical analysis  
カナ  
ローマ字  
著者
名前 青木, 健一郎  
カナ アオキ, ケンイチロウ  
ローマ字 Aoki, Kenichiro  
所属 慶應義塾大学経済学部教授  
所属(翻訳)  
役割 Research team head  
外部リンク  
 
出版地
 
出版者
名前 慶應義塾大学  
カナ ケイオウ ギジュク ダイガク  
ローマ字 Keiō gijuku daigaku  
日付
出版年(from:yyyy) 2023  
出版年(to:yyyy)  
作成日(yyyy-mm-dd)  
更新日(yyyy-mm-dd)  
記録日(yyyy-mm-dd)  
形態
1 pdf  
上位タイトル
名前 学事振興資金研究成果実績報告書  
翻訳  
 
 
2022  
 
開始ページ  
終了ページ  
ISSN
 
ISBN
 
DOI
URI
JaLCDOI
NII論文ID
 
医中誌ID
 
その他ID
 
博士論文情報
学位授与番号  
学位授与年月日  
学位名  
学位授与機関  
抄録
本研究の目的は原子,分子レベルでの有限温度における自発的な原子,分子スケールでの揺らぎの高精度測定を行い,その性質を理論解析することでした.2022年度は三井隆久氏(医学部)と共同研究を行い,アルコール,水,メタノール等の液体,またさらにその液体に塩,砂糖等を加えた水溶液の自発的な揺らぎを透過光強度の変動を通じて測定し,解析しました.塩水の例でわかるように,これら液体は透明で,自発的揺らぎの信号は非常に微弱です.特に散射雑音とよばれる量子統計的な光の揺らぎが必然的に生じ,多くの場合に対象の揺らぎより桁違いに大きいです.我々は独自に開発した雑音除去法を用いて,散射雑音を含めた雑音を3桁以上減少させることにより,揺らぎスペクトルの高密度測定を達成しました.
測定された揺らぎスペクトルを理論解析し,混合液内の分子の運動と温度揺らぎから構成されていることを明らかにしました.液体中では異なる分子やイオンが運動する場合には,非一様性が生じて光の散乱を生じさせ,透過光強度に微弱な揺らぎをもたらします.第一原理からの理論解析を行い,スペクトルの性質は1粒子のランダムな運動のダイナミックスで説明できることを明らかにしました.スペクトルの形が一致するだけでなく,そこから求まる拡散係数が既知の拡散係数と一致することを示しました.また,液体内の温度にはわずかな非一様性が存在し,これは時間とともに変化します.このスペクトルを理論的に求め,測定されたスペクトルと一致し,そこから求まる拡散係数は熱拡散係数と一致することを水,アルコール,そしてその混合物で示しました.
我々が今回測定した拡散の揺らぎと温度揺らぎは初めて測定されたものであり,さらに,その理論も今回第一原理より導いたものです.さらなる発展につながる重要な成果だと考えています.成果の一部は論文として発表しており,さらに数編の論文を近日中に発表する準備をしています.
The aim of this project was to make high precision optical measurements of spontaneous fluctuations that arise for finite temperatures, at the atomic and molecular scales. In the academic year 2022, in collaboration with Takahisa Mitsui (School of Medicine), we observed and analyzed the spontaneous fluctuations that arise in water, ethanol and methanol, and their mixtures, as well as water solutions of salt, sugar and other substances, through the intensity fluctuations they cause. As can be surmised from the properties of salt water, these liquids are transparent, and the signals due to spontaneous fluctuations are quite weak. In particular, shot-noise that inevitably arises from the quantum statistical nature of light is larger than the signals we aim to observe in many cases, by orders of magnitude. By using noise reduction methods we developed, the shot-noise, as well as other types of noise, were reduced by three orders of magnitudes or more to achieve measurements of the spontaneous fluctuation spectra in liquids.
We analyzed the observed spectra and established that they are composed of fluctuations due to molecular and ionic motions that lead to diffusion, and temperature fluctuations. When multiple types of molecules or ions exist in the liquid, the inhomogeneities they induce leads to scattering, causing intensity fluctuations in the transmitted light. Using the theory of single particle motions, we derived the corresponding theoretical spectrum from first principles, that describes the observed spectra. Not only the shapes of the spectra agree with the theory, but the diffusion constants obtained from the spectra agree with those from previous literature. Also, temperature in liquids is not completely uniform, and dynamic temperature fluctuations arise in liquids. We derived the corresponding spectrum theoretically, and the diffusion constants obtained from the observed spectra using this theory were shown to agree with the thermal diffusivities of water, ethanol and their mixtures.
These fluctuations we measured were previously unobserved, and their underlying theory was derived from first principles in our work. We believe that the work constitutes an important foundation, leading to future developments. The part of the work described here has been published, and a number of further papers on this work are in preparation.
 
目次

 
キーワード
 
NDC
 
注記

 
言語
日本語  

英語  
資源タイプ
text  
ジャンル
Research Paper  
著者版フラグ
publisher  
関連DOI
アクセス条件

 
最終更新日
Jul 01, 2024 14:26:16  
作成日
Jul 01, 2024 14:26:16  
所有者
mediacenter
 
更新履歴
Jul 1, 2024    インデックス を変更
 
インデックス
/ Public / 塾内助成報告書 / 学事振興資金研究成果実績報告書 / 2022年度
 
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