「見えない量子現象」を水の波で再現、予期せぬ波動パターンが明らかに

2026-04-20 沖縄科学技術大学院大学

沖縄科学技術大学院大学(OIST)と国際研究チームは、水の波を用いて量子現象であるアハラノフ・ボーム効果を可視化し、新たな波動パターンを発見した。水槽中央の渦に対し両側から波を干渉させると、従来予測されていなかった「節線」と呼ばれる波のゼロ振幅線が出現し、渦とは逆方向に回転する現象が確認された。さらに渦の強さに応じて節線の本数が増加することも判明。この結果は、量子系では直接観測が難しい位相変化やトポロジカル効果を、古典的な流体実験で再現・拡張できることを示すものである。今後は複数渦系への拡張により、超伝導などの複雑な量子現象の理解への応用が期待される。

「見えない量子現象」を水の波で再現、予期せぬ波動パターンが明らかに
研究チームは、水面の波パターンを検出するため、上部に高速カメラを備えた特注の水槽を製作した。
© アンドリュー・スコット(OIST)

<関連情報>

回転する流体中の定常波を通して可視化されるトポロジー Topology made visible through standing waves in a spinning fluid

Aditya Singh,Jonas Rønning,Chien-Chia Liu,Luiza Angheluta,Andres Concha & Mahesh M. Bandi
Communications Physics  Published:20 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s42005-026-02603-w

Abstract

Wave-topology interactions underlie phenomena across physics, from condensed matter to cosmology, with the Aharonov-Bohm (AB) effect providing a paradigmatic example. Classical analogues in fluid dynamics have shown that travelling surface waves scattered off vortices develop wavefront dislocations, with topological effects studied close to the vortex core. Here, we demonstrate that standing surface waves scattered by a single vortex give rise to global nodal structures – lines of zero wave amplitude – whose number is quantized, and may oscillate in time. This behaviour reveals a non-local topological response, in contrast with previously reported, spatially confined interactions. Our findings establish hydrodynamics as a versatile platform for exploring wave-topology interplay and quantum interference phenomena, such as AB caging and topological localization, with potential implications for photonic, acoustic, and quantum metamaterials.

1701物理及び化学
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