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新発見! 物理学教授も「未知」と唸る中性粒子の謎、基礎から解説!

どんな常識が覆り、なぜ世界が驚いたか
電気は運ばないけど熱は運ぶ、そんな不思議な「中性粒子」が特殊な絶縁体中で見つかったそうです。謎の中性粒子、その正体はいったい何なのか?

今回はその驚異に迫るとともに、新発見の中性粒子が話題になっている理由を、人気VTuberの固体量子さんがわかりやすく徹底解説していきます!

電気を流す硬貨、電気を流さないお札

世の中に存在するすべての物質は、電気の流れやすさで「金属」「絶縁体」「半導体」の3種類に分類することができます。

金属は電気をよく流す物質のことで、銅やアルミニウムが金属です。電気をよく流す性質を生かして電線や電化製品に使われています。硬貨も金属です。電気抵抗ゼロで電気を流す超伝導も、金属の一種と言っていいかもしれません。

金属中にはたくさんの自由に動ける電子(自由電子)が存在し、その自由電子が電気を運んでくれるので、金属に電気を流すことができるのです。

「金属」である硬貨は電気を流す Photo by iStock
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一方、電気をほとんど流さない物質を絶縁体と呼びます。絶縁体の代表例はゴムやガラス、プラスチックです。紙でできたお札は絶縁体です。

絶縁体の中では電子は原子核の周りから抜け出せず、自由に動ける電子はほとんどありません。電気を運ぶものがないので、電気が流れないわけです。

「絶縁体」であるお札は電気をほとんど流さない Photo by iStock
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半導体は絶縁体と同じ電気を流さない物質ですが、不純物を添加することで少しだけ電気を流すようになります。シリコンやゲルマニウムが半導体になります。

いろんな種類の半導体を組み合わせることで、一方向だけに電気を流すダイオードや、電流を増幅するトランジスタを作ることができます。これらはパソコンやスマホなどの電子部品に使われており、現代ではなくてはならない存在です。

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このように電気の流れやすさで物質を区別することができますが、その本質は「電気を運ぶ自由電子がどれだけいるか」の違いです。つまり、電気は電子が運びます。

では、なぜ電子が電気を運ぶのでしょうか?