微粒子を 回転すると 倍回る ―ブラウン運動とコリオリ力が織りなす回転体中での自発回転―

2026-03-24 日本原子力研究開発機構

本研究は、日本原子力研究開発機構を中心とした共同研究により、回転する液体中でナノ粒子が液体より速く自転する新現象を発見した。磁性流体を用いた実験で、粒子は最大で液体の約2倍の速度で回転することを確認。この現象は、ランダムなブラウン運動に回転系特有のコリオリ力が作用し、運動が一方向に整流されることで生じる。さらにバーネット効果により磁力変化から自転を検出した。従来、ブラウン運動は方向性を持たないとされていたが、本研究は回転場では規則的運動を生むことを示した点で画期的である。流体中の運動理解に新たな視点を提供し、ナノスケールから惑星規模までの物理現象やセンシング技術への応用が期待される。

微粒子を 回転すると 倍回る ―ブラウン運動とコリオリ力が織りなす回転体中での自発回転―
図1:磁性微粒子を含んだ試料を回転させた時の微粒子の自発回転

<関連情報>

非慣性ブラウン運動で駆動される粒子の持続的回転
Persistent rotation of particles driven by non-inertial Brownian motion

Maki Umeda;Hiroyuki Chudo;Masaki Imai;Mamoru Matsuo;Nana Sato;Michiyasu Mori;Sadamichi Maekawa;Eiji Saitoh
Applied Physics Letters Published:March 23 2026
DOI:https://doi.org/10.1063/5.0320016

The unidirectional spontaneous rotation of particles caused by Brownian motion rectified by the Coriolis force is reported. Fine magnetic particles dispersed in a revolving liquid were observed using the Barnett effect, and we found that the particles rotated much faster than the liquid. The observed spontaneous extra rotation is attributed to the breaking of the time-reversal symmetry of the Coriolis force, which rectified the random Brownian motion affected by viscosity. Our model considering molecular fluctuations in the medium reproduced the experiments well. The present results also suggest that all objects floating in fluids on Earth rotate spontaneously because of fluctuations.

0106流体工学
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