会場 E
領域 1, 10, 11, 13E-1

粉粒体の相分離現象
九大院理 A

稲垣紫緒A , 江端宏之 A

水平に置いた円筒容器に大きさや形の異なる

2 種類の粒子を封入して回転させると、粒子の相分離によるパターン形成が起こる。回転ドラムにおけるバンド形成ではまず初期に動径方向への分離が起こり、その後回転軸に垂直な方向にバンドが形成されることが知られている。また、
回転ドラム容器中の粉体が占める割合が 50%程

度だとバンドが合体しながら本数を減らしていく単調緩和しか現れないことが知られていた。
我々はこれまで、粉体が占める割合が 90%程度になるとバンドが容器中央から湧き出し、容器側壁へと流れてゆく定常的な進行波へと変わることを明らかにした。また、円筒容器を二重円筒にすることで振動的なバンドが現れることも分かった。発表ではバンドが現れる条件やバンドのダイナミクス、内部構造について議論したい。

42

E-2

粉粒体の偏析による自己複製パターン
九大院理 A

江端宏之A , 稲垣紫緒 A

サイズの異なる粉粒体の混合物に流す・振動を加えるなどの単純な機械的刺激を加えると相分離を起こすことが知られている。このような粉粒体におけるサイズ分離現象はブラジ

ルナッツ効果、ストラティフィケーション、回転ドラムにおけるバンド形成などが報告されている。我々は斜面流によるバンド形成のメ

カニズムを明らかにするために、擬二次元的な細長い容器の中に二種類の粉体を 2cm 程度の深さに入れ、容器の細長い面に平行に水平方向に振とうする実験を行った。その結果、回転ドラムと同様にバンド形成が起こることが分かった。さらに、二種類の粉体のサイズ比や水平振とうの振動数を変えることで単調緩和、
進行波、自己複製するバンドなど様々なダイナ
ミクスが観察された。発表ではこれらのバンドが現れる条件や時間発展について報告したい。

E-3

回転円筒容器を用いた粉粒体の偏析現象
九大理 A , 九大院理 B

大石隼道A , 稲垣紫緒 B , 江端宏之 B

円柱容器に二種類の異なる粒子を混合して，水平に置いた容器を回転させると，粒子が分離してバンドを形成する．粉体の量が容器体積の半分程度である場合，形成されたバンドは結合を繰り返し，時間の経過でバンドの数が減少することが知られている [1]．しかし，どのような粒子の組み合わせでバンドが出来るかははっ
きりとは分かっていない．今回我々は粒子のサイズ・形状・比重を変え，様々な粒子の組み合

わせで実験を行い，バンドが現れる条件を調べた．その結果，容器サイズに対して粒子が十分小さくない場合，大きい方の粒子が容器の両端に集まることを確認した．発表ではバンドが出来る条件，端に集まる条件，深さ方向の分離の条件，混合する条件に付いて報告したい．

!"#$%&%'!()"#$%&'(%")*+*+,-%'&%'!()"'(%")*"!"+./01234
567&%'*89,:%;!()","**+./01234
567&%'*89,:%;!()"-"**+./01234[1] V. Frette and J. Stavans, Avalanchemediated transport in a rotated granular
mixture, Phys.

Rev.

E 56, 6981 (1997)

43

E-4

動的温度勾配下における共鳴流動現象
九州大学理学研究院物理学部門 A , 科学技術振興機構さきがけ B

多裕介

福山達也A , 前

A,B

温度勾配の下で分子が輸送される現象を Soret 効果（Ludwig-Soret effect）といい、非平衡系の統計力学の中心課題の１つである。高分子溶液中の Soret 効果は水溶液中とは異なり、二次的に派生する濃度勾配との競合からクロス効果が生じることから，高分子物理学と非平衡物理をつなぐ新たな展開を見せている [1]。定常的な温度勾配下の輸送現象の知見が深まる一方で、動的な非平衡系、すなわち「温度勾配が動く」系の研究は未だ十分ではない。グリセロール溶液中を動く温度勾
配下が熱膨張を介して流動を引き起こす報告がなされているが [2]、高分子溶液では輸送と緩和の影響が顕著にあらわれて新たなダイナミクスの出現が期待される。本研究では、高分子 Polyethylene

glycol（PEG）溶液中を動く温度勾配による流動と分子輸送の計測を行った。

PDMS チャンバーに PEG 溶液を封入し、赤外線レーザーを２次元平面で円形スキャンして周期的に動く温度勾配を形成した。流動場の測定のために蛍光シリカ粒子 (3 μ m) を分散させて、溶液内に発生する流速を PIV で測定した。動く温度勾配の伝搬速度（周波数）の上昇に伴い、反対向きの流動が発生し、周波数の増加とともに流速が増大していくことがわかった。興味深いことに、ある周波数で流動速度が最大となり、それより高周波数側では流速が０に収束する (図１)。この共鳴現象は PEG の重合度に依らず現れ、流速が単調増加を示す先行研究 [2] とは明確に異なる。本
発表では結果の詳細を示し、周波数依存性のメカニズムを議論する。

E-5

単一泡の崩壊過程と寿命
九大院理 A

辻章太郎K , 鴇田昌之 L , 前多裕介 L

単一泡の崩壊過程と寿命九大院理辻章太郎、鴇田昌之、前多裕介

On

the rupture process and the lifetime of single bubbles Dept. of Phys., Kyushu Univ. S. Tsuji,
M. Tokita, Y.T. Maeda
老化に伴う疾病の発生や工業部品の故障など、ストレスの蓄積に伴って生じる確率的な事象は枚
挙にいとまがない。これらの現象を一般に記述する統計力学的なアプローチが試みられており、実験研究で用いられる代表的な系として 泡 の生成と消滅がある。泡の崩壊については泡膜の薄化が原因とされており、これまでに水溶液系 1 やポリマー溶液 2 の泡に関して研究がなされた。重力により液膜内に流れが生じて膜厚が時間の指数関数で減衰する流体力学的モデルは薄化の実験事実をよく説明することがわかっているが、水平膜では薄くなっていく過程において泡が割れることは稀であるという報告もあり 3、統一的な理解は得られていない。本研究では、泡の寿命にどのような法則があるのかを理解するため、界面活性剤を含む水溶液系での単一泡の寿命の計測を行った。
実験では系の温度と湿度を一定に保ちながら、ドデシル硫酸ナトリウム（Sodium dodecyl sulfate,SDS）界面活性剤溶液中にシリコンチューブを通じて空気をシリンジポンプで注入し、気液界面に生成される単一泡が消滅に至る時間を測定した。私たちの従来の測定では操作を手動で行っていたが、今回、泡の生成を機械制御し破裂の解析を半自動化することで誤差の少ない計測系を構築する
ことに成功した。SDS 濃度を変えて泡の寿命の分布を計測したところ、0.1mM では泡がランダムに破裂する過程に従うことを示唆する指数分布によく一致することがわかった。しかし、0.5mM

では泡の寿命分布はテールが伸びた形になり、長寿命の泡が増大した (図１)。長寿命の泡が出現する一方で、0.1mM SDS と同様に瞬時に割れる泡も見出されることから、SDS による界面の安定化

44

E-6

Bose 系における Lieb-Schultz-Mattis の定理の拡張
九大院理 A

森重順平A , 野村清秀 A

拡張された Lieb-Schultz-Mattis の定理 (以下 LSM の定理) を 1 次元 Bose-Hubbard モデル1 に適用し拡張した。LSM の定理2 とは、S = 1/2 の XXZ 反強磁性スピン鎖は基底状態と第 1 励起状態のエネルギー差 δE は δE ≤ O (1/L) になる、という定性的ではあるが厳密な定理である。この定理は、S "= 1/2 の場合、波数 q の状態への拡張が研究されてきた。3456 最近の研究で、我々はHamiltonian の U (1) 対称性、並進対称性、相互作用が短距離、という条件さえあれば LSM の定

理をより一般的な系や状態に適用できるということを示した。7

本講演では、同様の対称性さえあれば一般化された Bose-Hubbard モデルにも拡張された LSM の定理を適用可能であることを示す。その結果を用いれば、Incommensurate filling における Energy

spectra の周期性、また Commensurate filling における Mott insulator についての議論が可能となる。

1 M. P. Fisher, P. B. Weichman, G. Grinstein and D. S. Fisher; Phys. Rev. B 40 (1989) 546
2 E. H. Lieb, T. Schultz and D. Mattis; Ann. Phys. (N. Y. ) 16 407 (1961) 407
3 M. Kolb; Phys. Rev. B 31 (1985) 7494
4 G. Fáth and J. Sólyom; Phys. Rev. B 47 (1993) 872
5 I. Affleck and E. H. Lieb; Lett. Math. Phys. 12 (1986) 57
6 M. Oshikawa, M. Yamanaka and I. Affleck; Phys. Rev. Lett. 78 (1997) 1984
7 K. Nomura, J. Morishige and T. Isoyama; J. Phys. A: Math. Theor. 48 (2015) 375001

E-7

SU(2) 対称性と Lieb-Schultz-Mattis の定理
九州大学理学府物理 A

磯山貴一A , 野村清英 A

格子上の量子多体スピン系では, エネルギースペクトルが取りうる可能性として,(a) 基底状態と連続スペクトルの間にエネルギーギャップがある場合(b) 基底状態と連続スペクトルが繋がっている場合の 2 つがある.

3 つの軸周りのスピン反転演算子の組み合わせと Lieb-Schultz-Mattis の定理 [1][2],SU(2)symmetryを合わせて考えることで,XXZ スピン鎖においては (a) のようなエネルギースペクトルに対応する
物理的な状態は dimer 的状態しかとりえないことを示した.

また, 他モデルへの応用として, ほぼ同じ手順で Spin Ladder,Spin Tube[3][4] の場合を考えることが出来る.

参考文献[1] E.Leib,T.Schultz,D.Mattis; ANNALS OF PHYSICS: 16,407-466(1961)[2] K.Nomura,J.Morishige,T.Isoyama;J. Phys. A: Math. Theor. 48 (2015) 375001.
[3] K.Kawano,M.Takahashi;J. Phys. Soc. Jpn. 66, pp. 4001-4008 (1997)[4] Y.Fuji,S.Nishimoto,H.Nakada,M.Oshikawa;Phys. Rev. B 89, 054425(2014)

45

E-8

Lieb-Schultz-Mattis の定理の拡張
九州大学理学系研究院 物理学部門 A

野村清英A , 磯山貴一 A , 森重順平 A

量子 1 次元スピン系の Lieb-Schultz-Mattis の定理 [1] の拡張について議論する．LSM の第 2 定理を整理し直したところ，定理の前提条件としては 1. U(1) 対称性 2. 並進対称性 3. 短距離相互作

用の 3 つで十分であることが分かった．結論は [2] a. 磁化が有理数の特定の場合を除くと，エネ

ルギースペクトルの最低値は波数に対して連続 b. エネルギースペクトルの最低値は波数に対して(磁化により定まる) 周期性を持つである．
基底状態が唯一と言う前提条件は不必要であることが分かった．したがってフラストレーションのある系にも応用できる．また，空間反転対称性やスピン反転対称性なしでも定理を示すことができるので，ジャロシンスキー守谷相互作用などを含む場合にも使うことができる．
この他、SU(2) 対称性やひねり境界条件の関連についても触れたい。

[1] E. Lieb, T. Schultz and D. Mattis: Annals of Physics,Vol. 16, (1961), p. 407. [2]K.N., J. Morishige and T. Isoyama: J. Phys. A: Math. Theor. Vol. 48 (2015) 375001(http://arxiv.org/abs/1503.05662)

E-9

AC トラップ中の少数帯電微粒子群の平衡配置と不安定性
福岡県立大学人間社会学部 A , 鹿児島大学理学部 B , 名古屋大学工学研究科 C
石崎龍二A , 秦浩起 B , 庄司多津男 C

帯電微粒子を交流電場によって閉じ込めると、電場の強さや周波数といったコントロールパラ

メータの変化により、静止、周期運動、不規則運動などが観測される。散逸項を加えた Mathieu 方
程式を拡張した数理モデルでは、固定点、安定周期運動、カオスが生じることが観測される [1]。

交流電場によって閉じ込められた粒子が 2 個以上になると、粒子間にクーロン力が働くため、

クーロン斥力との釣り合いで、安定な粒子配置やカオスが発生する。2 個の場合、コントロールパ
ラメータの変化により強制振動、準周期運動、カオス的運動が発生する。粒子数が 3 個の場合、帯電粒子が三角形の配置を保ちながら、中心から放射状に電場の周期で振動する解があらわれる。この配置は、回転に対して中立安定である。コントロールパラメータを変化させると、安定配置が不安定になり、粒子の間欠的な配置換えが発生する [2]。

本講演では、AC トラップ中の少数帯電微粒子群で発生する平衡配置とカオス的運動の統計的な性質について報告する。
参考文献[1] R. Ishizaki, H. Hata, and T. Shoji: J. Phys. Soc. Jpn. 80 (2011) 044001.
[2] R. Ishizaki, H. Hata, T. Shoji, and Y. Furuta: Procedia IUTAM (IUTAM Symposium on 50
Years of Chaos: Applied and Theoretical), Vol.5, (2012) pp.234-239.

46

E-10

水滴系実験で観るカオス
鹿児島大理工 A

秦浩起A , 前田真徳 A

研究，教育両面から水滴系カオスの実験を紹介する。

実験は図のような装置で行う。タンクの水面とパイプ先端の高低差 h により水が等速で流れ出るが，h が小さいとパイプ先端でじわじわと水滴が成長し，表面張力で支えきれなくなると落下する（この時の水滴の質量を m∗ と書く）。この繰り返しと考えると，リミットサイクル（安定な周期運動）となるのは明らかだろう。だが，現実には水滴が落ちるとパイプに残った水は変形し，振動を生む。この振動が，次の落下まで続けば，m∗ とは異なる質量 mn の水滴が落下する（n は水滴の番号）。この mn が次の mn+1 を決定する。すなわち，1 次元写像 mn+1 = f (mn ) が成立し，これ
より多様なリミットサイクルやカオスが生じる。実験的に mn の測定は困難だが，mn は，n − 1番目から n 番目までの落下時間間隔 τn に関係するので τn+1 = g(τn ) のような写像の存在が予想され，これが比較的容易に実験で確認できる。

また，ポンプを止めるとタンクの水はゆっくり減少し，運動状態が変化する分岐現象を観ることもできる。これらが水滴系が物理教育として有用な理由である。

一方，落下後に残った水は同じ質量でも形や速度は異なり，大自由度カオスとしての振る舞いを示す可能性がある。講演では，その点について最近の結果を合わせ報告する。

参考 Robert Shaw, “Dripping Faucet As a Model Chaotic System”, Aerial Pr (1984) 翻訳「水滴系のカオス」(津田他）岩波書店 (2006).

E-11

加振されたボルト・ナット系の回転方向の加振方向依存性
佐大医 A , 京大情報 B

富永広貴A , 宮崎修次 B

長いボルトにナットを取りつけ電動歯ブラシのような振動体をボルトに接触させ加振すると，ナッ
トが一方方向に回転しボルト上を弾道的に進行する運動が観測される。振動体を接触させる角度をパラメータとして変化させると，接触点に近づく運動，遠ざかる運動，更に，その場で停滞もしくは不規則に行ったり来たりする運動も見られる。重力や初期状態に依存せず，振動体を当てる角度
のみでナットの回転方向は制御される。我々は，ボルト・ナットの詳細なメカニズムには踏み込まずに，ボルト・ナット系において見られる運動を現象論的に記述する次式のようなモデルを導入した。ナットの上下動 (もしくは左右動) は質点のポテンシャルの溝の中の回転運動に対応させ，電動歯ブラシのボルトへの様々な当て方は，周期外力をかける方向の選び方に対応させる。

d2 r
=
dt2
V (X, Y, t) =mdrdt
V0 (X, Y ) + h cos Ωt(e · r)−∇V (X, Y, t) − µaV0 (X, Y ) = {1 − (X 2 + Y 2 )}2 − (X 2 − Y 2 )2
ここで，m は質点の質量，µ は粘性摩擦係数,a は動径方向のポテンシャルの深さに対する円周方向のポテンシャルの凸凹の大きさを表しここでは 1/100 程度に取る。Ω,h,e はそれぞれ振動外力の角振動数，振幅と加振方向の単位ベクトルである。また，加振方向は φ で表す。この現象論的モデル
で，加振方向 φ により弾道的な一方向回転運動の方向制御ができる事がわかった。また，外力の振幅をパラメータとして，周期的な往復運動，カオス拡散なども起こる事がわかった。
[1 ] http://www9.nhk.or.jp/gatten/archives/P20100512.html[2 ] 富永広貴, 宮崎修次, 信学技報 NLP2013-17(2013-5) pp.43-46.
[3 ] 形の科学会誌, 第 29 巻, 第 2 号 (2014)pp.175-176.

47

４元電磁場の「横波」と「縦波・スカラー波」

E-12

宮嶋学術財団 A

那須俊一郎A

竹本義夫教授は、４元ベクトル積を使って、電磁場を４元電磁ポテンシャルの微分から導き出

し、電磁場には既存の電場Ｅ・磁場Ｂの他に電場の時間成分Ｅ t が存在することを発見した。これを４元電磁場の理論という。

本研究では、この４元電磁場の理論（電場の時間成分Ｅ t の付加）を使って、次のことを論証したい。
１

従来のローレンツゲージは不要である。

２ ４元電磁場の「横波」はヘルムホルツの分解定理で導かれる電磁場の「横成分」か

３ これまで存在しないといわれてきた４元電磁場の「縦波」がヘルムホルツの分解定ら計算できる。従来のクーロンゲージ（輻射ゲージ）は不要である。

理で導かれる電磁場の「縦成分」から計算できる。また、「スカラー波」が電磁場の「スカラー成分」から計算できる。

E-13円とだ円の相対性、第３の方向
長崎県立小浜高等学校 A

山本文隆A

円と楕円は円錐曲線の一種で、円がその最から見ても形に差こそあれ常に楕円に見える（楕円体）が一般的ではあるが、観測者についは、全ての系の比較で同等に成り立つと言うのである。任意の慣性系比較で成り立つことも特殊なものとされる。特殊相対論でも楕円ことを示すから、全てのパターンは成立してては慣性系の違いにかかわらず全て円（球）といることになる。絶対空間の存在は可能である。

して考える。そして円と楕円はローレンツ変換により立場を簡単に入れ換えることができるが、ここでは、これが観測者の 距離感と角度感の自己中心 からでも同様に説明できることを示す。そしてそれは第３の方向までも含めて成立する。

楕円が自らを円と言い張れば、回りの円は逆に楕円に見え、さらに回りの楕円も別の形の楕円に見えてしまう。この事実が言わんとすることは、現実に絶対的に円と楕円が存在しても、見かけ上相対性理論は成り立つと言うことである。各慣性系において、第１観測
系と第２観測系は任意に選べ、そこから比較する第３慣性系の円（球体）が、どちらの立場

48

E-14

水星の自転と公転
日本文理大学工学部 A , 日本文理大学工学部機械電気工学科 B世秀

竹本義夫A , 島元B

１．マクスウェル方程式 (拡張)、マクスウェル運動 方程式 (電磁気的重力理論) と一般相対性理論(a) マクスウェル方程式 (拡張) ⇒ (四元電磁場, 重力場＝加速量)∂φ+ divcA・・時間成分、E = − ∂cA
・電場、cB = rotcA・・磁場
Et = ∂ct∂ct − gradφ・(b) マクスウェル運動方程式 、メトリックをds2 = −dct2 + dr2 + r2 dθ2 + r2 sin2 θdφ2 とする。
MG dr dct
d2 ct
・時間方向加速度dτ 2 = − r 2 dτ dτ ・

dφ 2
MG dct 2
d2 r
1
dθ 2
・動径方向加速度dτ 2 = − r 2 ( dτ ) + r {(r dτ ) + (r sin θ dτ ) }・
dφ
dφ
d
dθ
1
dr
dθ
=
(r
)
−
·
r
−
cos
θ
·
r
sin
θ
・
・緯度方向加速度dτdτ real
r dτ
dτ
dτ
dτ
dφ
dφ
dφ
d
1 dr
dθ
=
(r
sin
θ
)
−
·
r
sin
θ
−
cos
θ
・経度方向加速度dτdτ realr dτdτdτ · r dτ ・π* (a) と (b) は同値。θ = 2 − iΩ(赤道上) のとき、 (b) は自転に関係するパラメータΩ を含む。
!
(c) 一般相対性理論 Rµν − Rgµν /2 = 8πGTµν c4

シュバルトシルトメトリックを

ds2 = −(1 − 2Mr G )dct2 + (1 − 2Mr G )−1 dr2 + r2 dθ2 + r2 sin2 θdφ2 , MG = GM
c2 とする。
*θ = π2 (赤道上) のとき、(c) には自転に関係するパラメータが含まれていない。

２．水星への応用*詳しくは http://www.nbu.ac.jp/∼shimamoto/genko.html(b) を用いて、自転と公転の速度 (太陽から見た角速度) の一致する点 r∗ を求めることができる
tanh Ω∗∗(自転)= cosh Ω∗ dφr∗dct (公転)E-15

水酸塩化物 Clinoatacamite Cu2 (OH)3 Cl 薄膜の創製と誘電率評価
佐賀大物理 A

大藤あゆみA , 岡優希 A , 古賀絵美 A , 真木一 A , 鄭旭光 A

所 属 研 究 室 は 、水 酸 化 ハ ロ ゲ ン 化 物の薄膜を金属板上に創製することに成功した。

気イオン ；X : Cl, Br, I) のスピン・格子と誘電

40K 近傍および 215K 近傍に小さい誘電率異常

この薄膜について誘電率評価をおこなった結果、

M2 (OH)3 X (M : Cu, Ni, Co, Fe, Mn の 3d 磁が見られた (挿入図)。その詳細を当日報告する。

率との相関に着目し、これらの相関が生み出す新奇物性について報告してきた。Co 系水酸塩化物 Co2 (OH)3 Cl において、水素を重水素で置換した Co2 (OD)3 Cl では転移温度 220K-230K で強誘電類似の誘電率異常が観察されている。一方、Cu 系水酸塩化物 Cu2 (OH)3 Cl は四つの多!

形体をもっている。そのうちのひとつである Cli-

noatacamite Cu2 (OH)3 Cl は、6.4K と 18.1K
で反強磁性逐次相転移を起こし、中間相ではµSR と中性子回折実験とで結果が異なる非常に興味深い物質である。本研究では電気分解による腐食法を用いて Clinoatacamite Cu2 (OH)3 Cl

49

新規誘電特性を示す水酸塩化物 Co2(OD)3Cl の精密構造解析 2E-16

佐賀大物理 A , KEK-物構研 B

山口悟志A , 岡優希 A , 大藤あゆみ A , 徐興亮 A , 鄭

旭光 , Sanghyun Lee , Ping MiaoB , 鳥居周輝 B , 神山崇 B
A

B

[M :
, Mn ; X

析の結果、Co2 (OD)3 Cl と同様に水素/重水素の:Cl,Br,I] の幾何学的フラストレーション磁性を報告してきた。最近これらにおける普遍的な磁気・格子・誘電相関を見出し、一部の物質にお(a/c) も転移温度付近で顕著な変化が見られた。
更に Co2 (OD)3 Cl において既知の結晶モデル
R-3m と新たな結晶モデル R3m で解析信頼性

近年、我々は水酸塩化物 M2 (OH)3 X

磁性イオン Cu

2+

, Ni

2+

, Fe

2+

, Co

2+

原子位置が顕著な変化を示した。格子の歪み率2+

いて強誘電異常を持つことを発見した。特にCo2 (OD)3 Cl と Co2 (OD)3 Br においては 220-

230K 付近で誘電率異常のピークを観測した。
これまでにμ SR 実験と Raman 分光実験を行い、転移温度以下で重水素原子の秩序化を示唆示唆する結果が得られた。詳細は当日報告する。
0.4728

高分解能粉末中性子回折装置 SuperHRPD を利用して Co2 (OD)3 Cl の回折実験を行った。そして、結晶構造解析から微小な構造変化を示唆す

Co2(OD)3Cl
Co2(OH)3Cl

0.4726

lattice distortion (a/c)

する結果を得た。更に J-PARC に設置された超(S2 , RWP ) に僅かな差が見られ、強誘電転移温度で結晶モデル R-3m から R3m への構造相転移を

0.47240.47220.472

る結果が得られた。 今回、Co2 (OD)3 Cl に引

0.4718

き続き Co2 (OH)3 Cl、Co2 (OH[D])3 Br の粉末

!"
100

150

200

250

300

T(K)

Fig.1 Co2(OH[D])3Cl!"#!$%&(a/c)!'()

中性子回折実験を行った。初歩的な結晶構造解E-17

金属標的からのイオン衝撃光への真空度と残留ガスの影響
宮崎大学工学部 A

東美恭A , 竹岡賢佑 A , 采女尚武 A , 松田達郎 A

半導体や金属材料などの工業材料の開発において表面状態を分析することが重要となっており、材料表面の成分を定性、定量する手法としてイオン照射による金属表面の分析法が利用されている。その中の 1 つであるイオン衝撃発光分析 (SCANIIR) は、金属表面にイオンビームを照射し、金属原子による励起脱励起によって放出される光を検出し、金属の同定を行う分析法である。しかし、イオン照射による光放出のメカニズムは、金属標的の表面状態や真空度、チャンバー内の残留ガスなどと密接に関係していると考えられているが十分に理解されていないため、現段階でイオン
衝撃発光分析は広く実用化されていない。そこで、光放出現象と標的周辺の環境との関係性を調べることで、イオン衝撃発光分析の確立への寄与を目指した。本研究では、宮崎大学 RI 木花分室に設置されている ECR(Electron Cyclotron Resonance) 型イオン照射装置を用いて、ビームエネル

ギー 15keV の Ar+ のビームを標的 Al,Cu に照射し、金属表面から放出された光子を検出した。一般に、中性原子から放出されるイオン衝撃光は金属表面の酸化皮膜によって増加する酸素増感現象が知られている。しかし、宮崎大学での先行測定では、Al,Mg 標的にイオンビームを長時間放射することで、標的表面の膜を剥がしているにもかかわらず、光子数の増加が観測された。その理由として、照射チャンバー内の残留ガスによるなんらかの影響が考えられるため、より良い真空状態での測定と、照射チャンバー内に酸素を注入した状態での光子数の変化を観測した。また、真空状態による残留ガスの変化を観測した。本学会では、主に真空度とイオン衝撃光との関係と、考えられる残留ガスの影響について報告する。

50

E-18

Development of Simple educational kit for Fundamental Physics
Graduate School of Science and EngineeriA

Adline Ngozi NwodoA , Kozo

Obara , Keiichi Koyama
AA

It is important that students and children
are interested in physical phenomena. Es-

balls. This discreet potential is a very effective
tool when we consider the microscopic picture

pecially, gravitational field, electric field andmagnetic field are very important concepts
for fundamental education. In this study, weof growth process. In this presentation, we
will show other interesting phenomena related
to gravitational, electric and magnetic fields.

have developed simple educational kits so thatstudents and children are interested in gravitational, electric and magnetic fields. Oneof the kits is the growth patterns of stealballs leave in the plastic case under magnetic field. We discuss the growth processes
under three forces; gravity, electric force, andmagnetic force. The surface potential was induced by the interaction with steal balls andthe plastic surface generated by the gravityof the steal balls. The most apparent featureis the discreet surface potential, which was!"#$%&'()%%*"+'#,'-.)//'-%**/'0)//'/*)1*'2+3*"'.)4+*%56',5*/3''("#326*3'07')'0)//'-&)(*3'.)4+*%8

confirmed by the arrangement of charged steal

E-19

久留米工大における物理駆け込み寺の試み
久留米工大 A

巨海玄道A , 中村文彦 A , 江藤徹二郎 A , 野田常雄 A

久留米工大における物理駆け込み寺の試み

久留米工大・教育巨海玄道、中村文彦、江藤徹二郎、野田常雄

大学新入生の基礎学力は年々低下していることはよく知られている。その程度は所謂全入あるい

はそれに近い大学では特に顕著に現れている。久留米工業大学 (KIT) もそのような大学の一つとしてこれまで基礎学力の育成についていくつかの試みがなされてきたがいずれもうまく機能していない。我々はこれまで KIT の新入生の物理及び数学の基礎学力調査に基づいて浮かび上がってきた問題点を基礎にして数年前から１年生を対象にした物理学初年次教育において 物理駆け込み

寺 制度を作り、特に学力の低い学生を対象として物理学（及びその関連科目）の基礎学力養成を行ってきた。その成果はこれまで２回の支部講演会でこのシステムがうまく機能することを報告してきた 1,2)。今回はさらに新しい試みとして広い学力分布を持つ学生に対して調査を行ったので報告したい。

１）第 119 回日本物理学会九州支部例会 B-19（平成 25 年 11 月 30 日、久留米工業大学）２）第120 回日本物理学会九州支部例会 E-21（平成 26 年 12 月 6 日、崇城大学）

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E-20

小学校における電磁石の実験の研究
福岡教育大学大学院理科教育コース（院生）A , 福岡教育大学理科教育講座 B
織田一輝A , 大後忠志 B

現在，小学校の教師の多くは，授業のほかに教育上の問題や子どもの指導等に追われており，教材
研究の時間を十分確保できていないと言われている。また，学生時代の専門教科に関係なく，全ての教科を教えなければならないため，理科を教えることを苦手とする小学校の教師は少なくないと考えられる。さらに，理科という教科は，実験器具や実験に必要なものをそろえるために多くの経費が必要となることや，実験中の安全面の配慮しなければならないことが特徴としてあげられる。
そのため，小学校の教師が教材内容を理解し，有効に活用できるデータの提示が必要であると考えた。本研究では，小学校第 5 学年「電流の働き」における電磁石の教材研究を行い，実用面・安全面・経済面を考慮した有効なデータの提示を目標とした。今回は時間の都合上，「１．電磁石の表面温度」についての実験と「２．電磁石使用時の乾電池の電流・電圧の経時変化（インターバル使用）」についての実験の結果を紹介する。１．の実験では，巻き数の異なる 13 種類のコイルに定電流電源を用いて電池１個分の電流（巻き数によって異なる）を流し，センサー付き汎用温度計を用いてコイルの表面温度を測定した。２．の実験では，休み休み使用すると電圧が回復することが知られている乾電池の性質を考慮し，電磁石につなげた時の乾電池の電流・電圧がどのように変化していくのかを調べた。その際，小学校の授業での電磁石の実験を想定して，乾電池を使用する時としない時の時間間隔を設定した。1．の実験では安全面，2．の実験では経済面を考慮した有効なデータを得ることができたと考える。

E-21

ヘルツの実験教材について
福岡教育大学大学院理科教育コース (院生)A , 福岡教育大学理科教育講座 B
倉留天翔A , 大後忠志 B

現在，我々の生活では電磁波を利用したものが多く存在する。電磁波はこれからの科学技術の進歩に欠かせないものの一つである。しかし，電磁波は決して目に見えるものではなく，学習者としては，興味関心を大きく欠いてしまうと考えられる。そこで，高等学校物理学習者を対象として，教科書にも多くの記載があるヘルツの実験を導入することにより，電磁波に関する知識を少しでもわかりやすく教授でき，学習者の興味関心を惹きつけることができると考える。ヘルツの実験は1888 年にドイツの物理学者ハインリヒ・ルドルフ・ヘルツ (Heinrich Rudolf Hertz) によって行われ，無線通信の基礎となった実験である。金属板と金属の小球のついた 2 本の金属棒を置き，金属棒に誘導コイルで発生させた高電圧をかける。すると，2 つの小球間の隙間 (ギャップ) で火花が飛び，高周波電流が流れ，電磁波が発生する。電磁波がアンテナに届くと，アンテナの隙間に火花が飛び，電磁波が受信されたことがわかる。この装置を身近にある材料で製作した。その際，アンテ
ナの隙間部分をネオン管に代替し，その光によって，受信したか否かを判断した。この実験は，実際に学校現場でも行われている。既に行われている実験としては， アンテナの方向 (平行または垂直) とネオン管の光で偏光を観察し， 電磁波の反射により定常波を形成させている。本研究では，これらに加えて， 円形アンテナの円周長とネオン管の光の関係について調べた。

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E-22

バネの連成振動によるスピノル性の検証
佐賀大学大学院工学系研究科物理科学専攻 A中島正矢 , 遠藤隆
A古賀圭樹A , 原大晃 A , 坂井明広 A ,A

近年、メタマテリアルや量子ウォークの研究動するが、１周期では振幅の符号が反転し、２たとえば LC 回路の振動やバネの振動と等価にでは、スペクトルが中心周波数の両側帯波としにおいて、量子力学的な現象が、古典的な系、なる場合があることが知られている。そこで、
我々は、バネの振動を簡単に測定する方法を開発し、スピノル性と等価な現象を連成振動で再周期目で元に戻る。このような変調された振動て現れ、中心周波数の成分は 0 となることが特徴であるり、実際、今回測定したスペクトルの結果がスピノル性を表していることがわかった。

現できることを示した。実験では FSR（Force

Sensing Resistor）という圧力センサーを用いた。FSR は、力を電圧に変換するセンサーであり、バネの弾性力の変化を電圧の変化として
デジタルオシロスコープで測定した。FSR を２個用いて、共振する二つのバネの振動を同!"時に計測し、連成振動のデータを得た。これをフーリエ変換して図のようなスペクトルが得られた。スピノールの回転は、１回転で確率が元に戻るが、確率振幅は符号が反転する。これと等価な連成振動では、振動の強さが周期的に変E-23

陽子衝突による水素分子イオンの電離微分断面積
宮崎大学工学部 A , ATOMKIB

五十嵐明則A , Laszlo GulyasB , 大崎明彦 A

分子は複数の原子からできていて、電子は分子中の複数の原子核に極大を持つように分布している。光子や荷電粒子衝突と分子の衝突の電離過程では、分子中の個々の原子核が電離する電子の発生中心となり、電離電子の運動量分布は標的分子の構造を反映した干渉を示す。例えば水素分子の光電離の場合、２つの陽子はヤングの光干渉実験の 2 重スリットと似た役割をする。分子を標的とする衝突過程の理論的取り扱いは、分子標的の多中心性と核運動による自由度の増加のために、原子を標的とする場合に比べて格段に複雑になる。そのため、簡単な水素分子の場合でも衝突を扱う近似に加え、１電子近似, 核固定近似, そして電離電子の波動関数の簡単化などの近似を重ねて計算が行われている。その中で 1 電子近似と固定核近似の下、有効２中心近似と CDW-EIS 近似（歪波近似の１つ）を組み合わせた計算方法は、その簡単さにもかかわらず実験データをある程度再現してきている [1]。

今回、最も簡単な分子標的である水素分子イオンと陽子の衝突について、有効２中心近似を使わず正確な水素分子イオンの電子波動関数を用いて CDW-EIS 近似の断面積を計算し、有効２中心近似を用いた計算結果と比較してみた。

正確な電子波動関数を用いた計算と、有効２中心近似を用いた計算は、電離電子のエネルギーが大きくなるにつれて一致する傾向を示すが、確率の小さい所では不一致が見られた。

[1] M. F. Ciappina, O. A. Fojon, and R. D. Rivarola, J. Phys. B 47 042001 (2014).

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