物理学科とぬいぐるみ

2024年12月11日のPhysics Lab. 2025のアドベントカレンダーです. みなさんこんにちは亥の子の弐代目([Auesly](https://x.com/Auesly))です. この記事では, 理学部物理学科の仲間である, 種々のぬいぐるみとの学生の弱い相互作用を紹介します. 

# ステゴサウルス
ステゴサウルスは物理学科の大切な仲間のひとりです. 世間的には隕石で滅んだと言われているステゴサウルスですが, 物理学科においては生存が確認され, 世界で初めての繁殖にも成功しています. 生きているステゴサウルスの研究ができるのは世界でも, 東京大学理学部物理学科だけです. ここでは, ステゴサウルスの生態を紹介いたします.

## その1　ステゴサウルスボソンの発見
![IMG_3749.jpeg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/3626265/a9f3b6ba-f2f2-0d4d-fcea-ae5fc67dd1e9.jpeg)

ステゴサウルスわCERNの$\mathrm{Sp\bar{p}S}$(Super proton antiproton Synchrotron)($\sqrt{s}=540\,\mathrm{GeV}$)で1983年から1984年にかけて陽子反陽子の衝突実験で見つかりました. ステゴサウルスは学生との弱い相互作用を媒介するvector bosonです. 物理学科の学生なので, Physics Lab.のゼミに参加します. 運が良ければ発表を聞けるかも？


## その3 ステゴサウルスの確率冷却
![IMG_4126.jpeg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/3626265/610e1b3d-fd65-0487-f332-8260b565c79a.jpeg)

元気なステゴサウルスは運動量の幅や位置の幅が大きく, ビーム密度が大きくありません. ここで, ステゴサウルスビームをの横方向運動量を測定してその逆向きの運動量を電場で与えて運動量を収縮させます. 

## その4 ステゴサウルスの内部自由度
![IMG_5218.jpeg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/3626265/f6ed17af-755c-268c-a3f9-bd31d5f90615.jpeg)
![IMG_9048.jpeg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/3626265/bba92dd2-0acc-1492-3e41-0f38677cc9bd.jpeg)


ステゴサウルスは手足が入っている・入っていないという内部自由度を持ちます. これをステゴサウルスピンといいます. ステゴサウルスピンの第３成分は西島-ゲルマンの法則を満たします.


## その6 積分ステゴサウルス
![IMG_5562.jpeg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/3626265/c51a8429-739e-a89c-0203-a0346d883c7e.jpeg)
ステゴサウルスはシンチレーターと電磁相互作用して, 落としたエネルギーに比例した卵を落とします. 適切な回路を組むことで, ステゴサウルスを時間積分した値を電圧値として表示することができます.
## その7 ステゴサウルスの境界条件
![IMG_8962.jpeg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/3626265/c19da60e-8cbf-39e2-069c-1b50709d02a1.jpeg)
![PXL_20240517_014801054.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/3626265/f98a3dc6-bdf0-0562-aa0c-93ea4da95713.jpeg)

ステゴサウルスは首と尻尾に周期境界を課されています. また, 縞模様は離散並進対称性を持ちます. このことから, ステゴサウルスの波動関数にはBlochの定理が成立します. 
# エイ
物理学科には**たま**という名前のエイのぬいぐるみがいます. 一般的にエイは海水中で正則な生き物でありますが, **たま**は解析接続されて, 理学部1号館でも生息できるようになっています. 解析接続の仕方によっては, エイが必ずしも理学部1号館で生息できるとは限りませんのでご注意ください.

## その1 たまと将棋
![IMG_5538.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/3626265/9e7a9220-1b97-bdf8-019e-8f33b8d94f18.jpeg)

将棋を場の理論として定式化したのがたまです. 将棋わ各サイトに各駒を生成する演算子と消滅させる演算子で書かれたハミルトニアンの最低エネルギー状態を作るゲームとして導かれます.

## その2 たまと落とし物
![IMG_8954.jpeg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/3626265/a1e310ef-644a-3f25-9ed6-0420cc475ce4.jpeg)

たまは体が小さいです. 具体的には[2元体](https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%9C%89%E9%99%90%E4%BD%93)で, $\mathbb{Z}/2\mathbb{Z}$と同型です. 従って, 落とし物をしてしまうと, このように体が挟まってしまいます. 見つけたらそっとしておいてください.

## その3 たまの相互作用　**電子レンジ**
![IMG_8573.jpeg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/3626265/1d62c713-425d-627e-b9b7-266b81cd6b99.jpeg)

**電子レンジ**に入っていることがよくあります. たまは電磁相互作用をしないので, 温められません.  

## その4 たまのお家　**冷蔵庫**
たまは弱い相互作用しかしないものだと思われていましたが, どうやら質量があるらしいです. これはたま振動と呼ばれます. 電子レンジたまと冷蔵庫たまのの2種類のフレーバーがあることが見つかっています. 
![IMG_8988.jpeg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/3626265/a810366d-c860-780a-6132-02d06607a54d.jpeg)


## その5 たまのしっぽ
![IMG_9049.jpeg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/3626265/a425f800-ff4d-0051-bd36-05ad98974e22.jpeg)

![IMG_3758.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/3626265/fdbd2cc6-a450-d1a7-a844-55e5a8d668e1.jpeg)

たまのしっぽは結ぶことで巻き数を変えることができます. これによってたまはトポロジーの異なる状態になっている. みなさんも高い巻き数のたまを作ろう！ 上図わ巻き数$k=0$の欠陥なし, 下図わ巻き数$k=+1$のトポロジカル欠陥です.

# こまっけろ

こまっけろは駒場祭の公式マスコットです. 駒場は本郷ではない, 学生に優しくない方のキャンパスです. 駒場からうっかり理学部1号館にきてしまった場合は, 高待遇で迎えられます♩
![IMG_9057.jpeg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/3626265/53954ee6-8372-4a86-3114-93606530d043.jpeg)
![Untitled design.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/3626265/36f35400-47d7-13bc-ecff-e63e45df6053.jpeg)





## 終わりに
ここまで物理学科のぬいぐるみの仲間を紹介してきました. 強い相互作用をするぬいぐるみも見つかるといいですね.