反磁性体への磁場効果

図 2.4: (a) 勾配磁場（実線）および(b) 勾配磁場下での水面分布（破線）の概念図

r0.35

水，プラスチック片や木片など小さな寸法を持つ多くの反磁性物質の，27 [T]程度の超伝導磁石による浮上現象が1991年に報告された．その後，生物に対する磁場効果^2.6の観点から水への磁場効果に興味が持たれ，いわゆるモーゼ効果が確かめられた．モーゼ効果とは，水平型磁石の中で水槽中の水面が割れたり，硫酸銅水溶液の液面が盛り上がったりする様をたとえている^2.7．反磁性物質への磁場効果は非常に小さいが，磁場の強さを大きくしていけば，すなわち磁場によるポテンシャルエネルギーが重力ポテンシャルエネルギーに匹敵するようになれば，当然その効果は簡単に観測される．

図2.4のような勾配磁場$H$のもとで，$h$のような水面の分布ができているとすると，点Aと点Bとでは両ポテンシャルの和は一定であるはずであるから，

$$E = - {1 \over{2}}\chi B(x)^{2} + \rho gh(x) = {\rm constant},$$ (2.3.19)

となる．ここで$\chi$は液体の体積帯磁率，$B$($x$)は磁場，$\rho$は液体の密度，$g$は重力加速度，$h$($x$)は水平位置$x$における液面の高さを表す．液体が一様であれば，液面の高さは，

$$h(x) - h(x') = {\chi \over{2\rho g}} \left [ B(x)^{2} - B(x')^{2} \right ],$$ (2.3.20)

となる．$g = 9.8$ [m s$^{-2}$]，水に関しては， $\chi = -7.187 \times 10^{-7}$ [emu g$^{-1}$]，$\rho = 1$ [g cm$^{-3}$]であるから，磁場の強さが10 [T]と0 [T]の位置における高さの差は，

$$\Delta h = {7.187 \times 10^{-7} \over{2 \times 980}} \times (10 \times 10^{4})^{2} = 3.66\ [{\rm cm}],$$ (2.3.21)

となり，実験結果とよく一致する．