ノーベル物理学賞、“光の達人”3氏に

　10月6日、スウェーデンのストックホルムで2009年度のノーベル物理学賞の受賞者が発表された。受賞者はアメリカ、ベル研究所のウィラード・ボイル博士とジョージ・スミス博士、それにイギリスの通信研究機関STLと香港中文大学に在籍するチャールズ・カオ博士の3氏。

　受賞の3氏はいずれも光関連の技術において画期的な業績を上げた「光の達人」であり、デジタルカメラ、インターネット動画、インターネット高速通信など、現代を代表する最新技術に大きく寄与している。

　ボイル氏とスミス氏はともにカナダ生まれで、アメリカ国籍の研究者。電荷結合素子（CCD）と呼ぶデジタル画像用の撮像センサーの発明が受賞理由となった。一方、カオ氏は中国生まれの研究者で、光ファイバーに含まれる不純物を取り除けば光の長距離伝送が可能になることを指摘し、今日の電話回線網やインターネット技術基盤への貢献が評価された。

　ロンドンにあるイギリス物理学会のロバート・カービーハリス会長は、「現代は情報とイメージの時代である。その象徴と言えるインターネットを加速し、デジタルカメラ技術を生み出した今回の受賞者3名は、われわれの住むこの世界を劇的に変化させた」と話す。

　ボイル、スミス両氏によると、CCDを発明するきっかけとなったのは1969年10月に行われた研究集会でのこと。突然、原理を思い付き、その場で基本設計ができあがってしまったという。

　CCDにはコンピューターチップなどの材料となる半導体が用いられており、捕捉した光が電気信号に変換される。この現象は光電効果と呼ばれ、アルバート・アインシュタインが初めて理論化した原理である。アインシュタインもまた、この功績によって1921年にノーベル物理学賞を受賞している。

「いまや小型のデジタルカメラは世界中に普及しているが、その原点はわれわれが開発した技術にある」と、ボイル氏はインタビューの中で話している。このインタビューの模様はインターネットを介して生中継されたが、これもまたCCDにより可能となった技術である。

　ノーベル物理学賞委員会のユーセフ・ノルドグレン委員長によると、「両氏は元々、新しいメモリー素子の開発に取り組んでいたのだが、程なくして非常に高性能な画像センサーを実現できることに気付いた」のだという。

　光通信の研究が始まった1930年以降、研究者らの努力により、ガラスを細長く引き伸ばした光ファイバーの内部に光を閉じ込める工夫がなされ、やがて光を伝送することに成功した。だが当時の光ファイバーでは、光の長距離伝送は不可能だったとノルドグレン氏は説明する。「20メートルほど伝送されたところで、そのほとんどが消失してしまっていた」。

　1966年、カオ氏は、光ファイバーケーブルのガラスに含まれる多量の不純物が光の伝送を阻害しているという事実を発見した。この発見をきっかけに超高純度ガラスの新しい製法がいくつも考案され、ついには光信号がほとんど減衰することなく数百キロ以上も伝送可能な今日の光ファイバーケーブルが開発されるに至った。

　ノルドグレン氏はこう説明する。「現在、総延長10億キロ以上に及ぶ光ファイバーで全世界が結ばれており、われわれは世界中の相手と瞬時に情報交換できる。光通信の発展は、その道への先鞭をつけたカオ氏の業績に負うところが大きい」。

Nobel Prize winners' photographs from Reuters