アハラノフ=ボーム効果

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アハラノフ=ボーム効果（Aharonov-Bohm effect、AB効果とも言う）は1959年、ヤキール・アハラノフ(Y. Aharonov)とデヴィッド・ボーム(David Bohm)が理論的にその存在を予言した[1]。それは、電場、磁場が存在しなくても、電子は電磁ポテンシャルの影響を受けると言うものであり、電磁ポテンシャルはスカラー、ベクトルどちらでも成り立つ。古典論での電磁気学の範疇では、ポテンシャルの影響は受けない。量子力学における電子のハミルトニアンがポテンシャルの項を含むことと深く関係している。

アハラノフ、ボームの指摘以来、長らく検証実験が試みられたが確かな証拠が得られないまま、その存在に懐疑的な意見もあったが、1986年、外村により電子線ホログラフィーの手法を用いて、その存在が実証された。

それまで実験が困難だった原因は一つに、磁場や電場が完全に存在しない条件を満足することが困難だったことがある。それまでの実験では有限の長さのコイルが使用されたが、この場合コイルに端が存在し、そこからの磁場の漏れによる影響が無視できなかった。コイルをドーナツ状（リング状）にすれば、理想的には磁場は漏れ出さないが、電子線の波長の要請から、それは非常に微細（数マイクロメートルオーダー）にする必要があった。

外村の検証実験では、非常に微細なドーナツ状の磁石（ドーナツ内に磁場が存在）を超伝導体で取り囲み、超伝導転移温度以下にしておく。このため、マイスナー効果により当該磁石の磁場は、ドーナツ外部に漏れ出すことを完全に防ぐことができる。この状態で、電子線をそれぞれ、そのドーナツ状の部分の孔の中と、ドーナツ状磁石の外側とに通し、各々の位相の差を、前述の電子線ホログラフィーを使って干渉縞の形で観測した。観測の結果、二つの場合の間にπ（半波長）だけの位相差が存在し、磁場が完全にない状態で、電子線が電磁ポテンシャル（この場合は、ベクトルポテンシャル）の影響を受けていることが実証された。