わくわく理学

2

専 攻 紹 介物理学
宇宙物理学専攻
P H Y S I C S&

A S T R O N O M Y

物理 学 ・ 宇 宙 物 理 学 専 攻 に つ い て
研究紹介
中家剛 教授凝縮系物理学

藤本聡 准教授

不規則系物理学松田和博 准教授

卒業生 interview
白眉プロジェクト 特定助教
村主崇行さん大阪市立科学館 学芸員
石坂千春さん041
physics & astronomy

素粒子実験物理学

物 理 学 ・宇 宙 物 理 学 専 攻

物理の概念を超えた、新しい分野の開拓を─
物理学・宇宙物理学専攻

物理学は古代エジプト・ギリシャ文明の昔から、力の作用や浮力など実用的概念から物質の根源問題にいたる哲学的概念まで広く研究されてきた、人類の最も根源的な学問のひとつです。19 世紀末から始まる現代文明は、まさしく相対論、量子論という新しい物理原理の発見により始まった展開をもたらす牽引役として大いに期待されています。
物理学・宇宙物理学専攻では、理論的および実験・観測的研究の双方が行われ、幅広くそれぞれの分野の重要課題に取り組んでいます。常に、特徴のある研究を行い世界トッ
プレベルの研究水準を維持することと、そのなかで次代を担う優秀な研究者を養成することを目標としています。とくに物理学や天文学では純粋な知的好奇心が創造力の源であり、学問を進めるのに最も重要です。当専攻ではこの知的好奇心を育成できる自由な研究・教育風土を一番の特徴
としています。

042
physics & astronomyと言っても過言ではなく、21 世紀においても新たな時代の物 理 学 ・宇 宙 物 理 学 専 攻

物質の起源と物性の原理を研究する「物理学第一分野」

系を、流体物理学では、乱流など自然の流れが作る秩序形成を理論的に研究しています。

物理学第一分野では、物質のもつ多種多様な構造の起源と物性の原理を普遍的に理解するため、実験・理論の分科が互いに共同して研究を行っています。
固体量子・固体電子物性では、強相関電子系が示す高温超伝導、電子輸送現象などに素粒子・原子核・宇宙の基礎物理を研究する「物理学第二分野」
物理学第二分野では「素粒子・原子核・宇性では光と物質の相互作用に着目し、光が宙」という、自然界の構成に関わる最も基誘起する物質構造の変化や秩序状態を調べ

礎的な研究を行っています。

ています。量子光学・レーザー分光学では

まず、「物を細かく細かく見て行くと最終

レーザー冷却法により、量子情報処理の実的にどうなっているのか？」という基本的

現、フェルミ縮退状態の生成をめざしていな疑問を追及するのが素粒子物理学です。

ます。一方、凝縮系理論物理学では量子多日本人初のノーベル賞を受賞した湯川秀樹

体論の方法を用いて、強相関電子系が示す

以来の伝統をもち、2008 年に同賞を受賞

多彩な量子物理現象を研究しています。不した小林・益川理論も小林博士、益川博士

規則系物理学では、液体やクラスターなどが当分野に在籍された時に行われた研究で不規則系の電子物性、ナノ界面構造とダイす。最近は超ひも理論研究の日本の拠点とナミクスを調べています。時空間秩序・生なっています。実験的研究においては、

命物理学では、数理物理と物性物理的視点

ニュートリノと呼ばれる従来質量をもたなを統合した生命現象の謎解きや、自己組織

いと思われていた素粒子が実は小さな質量化の研究を進めています。

をもっているという、驚くべき事実を示す

ソフトマター物理学では、液晶や生体物質などの重要な研究を行っています。次に、などのナノ構造とダイナミクスの物理的理

陽子や中性子が集まってできている原子核解を探求しています。相転移動力学では、や、クォークの間に働く「強い相互作用」

やわらかい物質の相分離、相転移の研究をと呼ばれる力が作り出す多様な物理を理中心に、ガラスダイナミクスなどを理論的論・実験両面から研究するのが原子核物理に研究しています。非線形動力学では非平学です。最近は、大きな原子核同士を高速衡現象における構造とダイナミクスや、で衝突させて高温・高密度の極限の世界を脳神経系情報処理を探求しています。ま作り出す実験が始まっており、未知の世界

た、非平衡物理学では粉体などの散逸粒子が切り拓かれつつあります。宇宙がどのよ

043
physics & astronomy

関わる量子現象の研究をしています。光物物 理 学 ・宇 宙 物 理 学 専 攻

うにしてでき、どのような姿をしているの変光星研究を行っています。

かを探求することも当分野の重要な研究で銀河物理学グループでは、銀河系・銀河です。X 線やガンマ線を使ったブラックホーの星間物質や星形成、銀河形成・進化、活ル・パルサー・活動銀河核などの研究、ま動銀河核の構造、その宇宙論的進化等につた宇宙創成から現在に至る宇宙の歴史を解いて観測的研究を行っています。また、ユき明かす宇宙論、アインシュタインの一般

ニークな研究を切り拓く、新方式の望遠鏡

相対性理論を活用したブラックホールや重や観測装置の開発にも力を注いでいます。

力波の研究などが活発に行われています。

理論宇宙物理学グループでは、理論モデルを構築し最新観測データと比較して新たな知見を引き出す研究を行っています。カ
バーする領域は、ブラックホール降着円盤、観測的宇宙論、宇宙の構造形成、宇宙

宇宙と天体の謎に迫る「宇宙物理学・天文学分野」（流体）力学、高エネルギー宇宙物理学、
原始惑星系円盤、星形成領域など多岐にわたります。

宇宙物理学・天文学分野では、宇宙や天体の理解を深めることを目的として研究を進めています。
太陽、太陽・宇宙プラズマグループでは、附属飛騨天文台 60㎝ドームレス太陽望遠鏡、「ひので」衛星のデータなどを活用し物理学第 1 分野
凝縮系物理学
非線形動力学
相転移動力学
固体電子物性
流体物理学
光物性
非平衡物理学
量子光学・レーザー分光学
時空間秩序・生命物理学
ソフトマター物理学
不規則系物理学
固体量子物性す。また、宇宙天気予報の研究にも力を注いでいます。星や銀河にも見られる激しい
電磁流体的な爆発・ジェット現象も研究し
ています。

物理学・
宇宙物理学
専攻

恒星物理学グループでは、X 線天文衛星「すざく」「ニュートン」「チャンドラ」、国立天文台岡山天体物理観測所・ハワイ観測

宇宙物理学・
天文学分野

所、宇宙物理学教室の可視光望遠鏡などを

太陽・宇宙プラズマ用いた観測から、ブラックホールなどコン
パクト天体での降着流やジェット、ガンマ線バーストや激変星の爆発現象など多様な

太陽
恒星物理学
銀河物理学
理論宇宙物理学

物理学第 2 分野

044

素粒子物理学
原子核・ハドロン物理学
宇宙線物理学

physics & astronomyて、太陽活動諸現象の解明を行っていま

素粒子論
原子核論
天体核物理学物 理 学 ・宇 宙 物 理 学 専 攻

素粒子実験物理学

中家 剛 教授
profile1967 年大阪府生まれ。1995年大阪大学理学博士。1995 年から1999 年にかけて
フェルミ国立加速器研究所で実験に従事。1999 年より京都大学に移り、2009年より現職。専門はニュートリノ物理学。

“ 幽霊粒子 ” の正体を求めて壮大な実験を
中家剛教授の専門は、ニュートリノ物理学です。中家教授に「ニュートリノっ
取ったようなものです」という答えが返ってきました。そう言われるとなんだかわかったような気もするのですが、このニュートリノ、別名を「幽霊粒子」とも言われます。どうして「幽霊」なのでしょうか？

長く正体が不明だったこともありますが、とにかく捕らえにくいのです。観測には、地下 1000 メートルに 5万トンもの純水を満たした巨大な装置が必要です。
それほどまでして、なぜこの粒子を捕らえようとするのでしょうか？

それはこの「幽霊」のひそやかなささやきを解き明かせば、宇宙創造の謎が、そしてまた極小の素粒子の世界の秘密がわかるからです。
日本はこのニュートリノの研究で世界をリードしてきました。その伝統を受け継いで、中家教授は「幽霊粒子」研究の最先端を担っています。

045
physics & astronomyて、なんですか？」というごく素朴な質問をぶつけてみると、「電子から電気を物 理 学 ・宇 宙 物 理 学 専 攻

パウリの予言から観測へキロまで届かないが、「幽霊」であるニュートリノだけは、簡単に地盤を通りぬけてく

ニュートリノという粒子が物理学の世界る。そして水の原子にぶつかると、チェレに登場したのはいまから約 80 年前のこと

ンコフ光という特別な光が出る。この光だ。原子核のβ崩壊という現象を研究してを、壁にびっしりとならんだ光電子増倍管

いたヴォルフガング・パウリという学者で観測するのだ。

が、この現象をうまく説明するには、崩壊

1987 年 2 月、太陽系から 16 万光年はなれの時に電子以外に何か別の小さな粒子の放た大マゼラン星雲で超新星爆発が観測され出を考える必要があるのではないかというた。この爆発で発生したニュートリノを、理論を発表した。この粒子が、後にニュー

カミオカンデがとらえた。太陽系外の宇トリノと名づけられることになる。

宙から来たニュートリノの観測はこれが最パウリの予言を受けて観測がはじまった初であり、小柴博士はデービスとともにが、存在を確認するまでに長い時間がか2002 年にノーベル賞を受賞した。

かった。というのもこの粒子、とても小さく電気も持たないため、ほとんどあらゆる物質を素通りしてしまう、本当に「幽霊」のような存在であるからだ。1956 年になって、原子炉実験によってようやく存在が確認された。その後、1970 年代になって、アメリカのレイモンド・デービスにより、太陽からのニュートリノが初めて観測されることになる。

それからおよそ 15 年の後、かつて亜鉛や銅を採掘していた岐阜県神岡鉱山の地下
1 キロの深さに 3000 トンの水を満たした
カミオカンデという巨大な装置が作られニュートリノ振動？
ミューニュートリノ

タウニュートリノ

ニ ュ ー ト リ ノ に は、 電 子 ニ ュ ー ト
リ ノ、 ミ ュ ー ニ ュ ー ト リ ノ、 タ ウ
ニュートリノの 3 種類が確認されている。ニュートリノが飛行中にその種類を変える「ニュートリノ振動」が観測されているが、電子ニュートリノ─ミューニュートリノ間の振動のみが未発見であり、T2K 実験による
ニュートリノ振動の全容解明が望まれている

幽霊の体重は？

た。この中心になったのは、当時東大の教粒子の存在は確認されたが、次にはその質授だった小柴昌俊博士だ。どうしてこんな量が問題になった。素粒子物理の世界で広深さが必要かというと、宇宙からはいろん

く認められてきた「標準理論」というものがな粒子が降ってくる。その大部分は地下 1ある。この理論の一部では、ニュートリノの046
physics & astronomy

宇宙のニュートリノを観測

電子ニュートリノ

物 理 学 ・宇 宙 物 理 学 専 攻

質量がゼロであるとされていた。もしニュー

ちゃんと質量があることが確定した。それ

トリノに質量があれば、この理論は修正を

は電子の 100 万分の 1 以下という小ささで迫られることになり、「標準の修正」という大あり、このように軽い質量では「暗黒物きな事件になるかもしれないからだ。

質」の候補になりえないことがわかった。

ニュートリノの質量が注目されたもうひと
つの理由は、「暗黒物質」に関係する。宇宙にはたくさんの星が輝いているが、目に見える星のようなものの質量は宇宙全体の日本を横断する壮大なプロジェクト

重さのたった数パーセントで、残りの大部

中家教授が現在取り組んでいるプロジェク

分は目には見えない暗黒物質や暗黒エネル

トとして、「東海・神岡間長基線ニュート

ギーだということがわかってきた。この暗リノ振動実験」（T2K 実験）がある。これは黒物質の正体は、じつはニュートリノでは

茨城県の東海村にある加速器で発生させたないかと考えられた。なぜなら宇宙には陽ニュートリノビームを 295km はなれた神子や電子の 10 億倍もの数のニュートリノ

岡のスーパーカミオカンデに打ち込んでがあると予想されたからだ。

観測するという日本列島を横断する壮大な世界の注目を集めたニュートリノの質量問実験で、世界各国から多くの研究者が参加

題では、カミオカンデをスケールアップししている国際プロジェクトだ。これでまたたスーパーカミオカンデが活躍した。もし「幽霊」の正体が一層明らかになると期待

ニュートリノに質量があれば、飛来する途されている。

中で「ニュートリノ振動」という現象が起こる。ニュートリノには電子ニュートリ
ノ、ミューニュート
047
physics & astronomy

リノ、タウニュート
リノの 3 種類があるのだが、これらが飛来の途中で互いにいれ か わ る 現 象 だ。
1998 年、スーパーカ
ミオカンデでミューからタウへの振動が世界で初めて観測された。この発見で、
ニュートリノにはスーパーカミオカンデでのニュートリノ観測（T2K 実験）

物 理 学 ・宇 宙 物 理 学 専 攻

凝縮系物理学

藤本 聡 准教授
profile1963 年大阪府生まれ。1993 年京都大学
博士（理学）。オックスフォード大学理論物理学研究所客員研究員を経て 2007
年より現職。超伝導をはじめ、固体中の電子が起こす現象を研究。

新型超伝導の理論的解明をめざして
近頃、リニアモーターカーに関連して超伝導という言葉をニュース番組や新聞でて走るからレールとの抵抗がなく、その分スピードが速くなる。多くの人はなんとなくそんな風に理解していると思うのですが、さて、超伝導とはいったい何か、となると、きちんと説明できる人はあまりいないでしょう。
超伝導という現象自体は、いまからおよそ 100 年も前に発見されています。オラ
ンダのカマリン・オンネスという学者が、水銀をどんどん冷やしていくと絶対零度付近で突然に電気抵抗がゼロになることを見つけました。とても不思議な現象
で、それ以来、多くの物理学者が理論的な解明を試みてきましたが、これがなかなかに難しかったのです。最近の研究では、超伝導のしくみは 1 種類ではなく、いろいろな種類があることがわかってきました。藤本准教授はそんな新しい超伝導の理論的解明に挑んでいます。

048
physics & astronomy

見ることがあります。リニアモーターカーというのは超伝導磁石で車体を浮かせ物 理 学 ・宇 宙 物 理 学 専 攻

発想の転換「More is different」！
超伝導というのは、ある種の金属を絶対零

うなことが起こるのではないか。それが超伝導を引き起こすのではないか。そういった考え方が出てきたのだ。それを 1977 年にノーベル賞を受けたフィリップ・アンダー度付近まで冷やしてやると、突然に電気抵

ソ ン は「More is different」（増えれば変わ抗がゼロになるという現象だ。どうしてこる）という有名な言葉であらわした。そしんな不思議な現象が起こるのか？ 20世紀て多くの学者の約半世紀にわたる努力の結

前半、多くの物理学者が理論的な解明に挑

果、BCS 理論が提唱されて、絶対零度付近

んだが、なかなか成功しなかった。そしてで起こる超伝導については説明がつくようわかってきたことは、電子の集団的な動きになった。

がこんな現象を引き起こしているのではな
いかということだ。
それまでの物理学では、個々の電子を詳し

高温超伝導のしくみをもとめてく調べてやり、それを総合すれば電子の集ところがその後、絶対零度（約 -273 度）付

まり全体のこともわかるはずだという考え

近よりもずっと高い温度（-170 度くらい）方が主流だった。ところが、これでは超伝での超伝導現象が発見された。金属を絶対導は説明できない。電子がたくさん集まる

零度付近まで冷やすには液体ヘリウムで冷と、個々の電子からは考えられなかったよ

やすことが必要で手間もコストもかかるのだが、-170 度くらいなら液体の窒素ですみ、ずっと楽になる。それで、より高い温度で超伝導を起こす材料の発見が一時はブームのようになった。このような新しい
来の超伝導とは違ったしくみであることがわかってきた。
超伝導が起こるためには、まず 2 つの電子がペアになる必要がある。従来の超伝導のときには、電子同士がフォノンを交換しあ超伝導体（下の円盤状のもの）の上を磁石（小さい円柱）が浮いている様子。磁石が宙に浮いたまま安定しているのが特徴京都大学大学院理学研究科物理学第一分野・固体電子物性研究室・芝内孝禎准教授提供

うことによってペアになると考えられる。
しかし高温超伝導では、フォノン交換ではないメカニズムでペアができることがわ
かってきた。また、最近では高温超伝導以外にも新しいメカニズムの超伝導が数多く

049
physics & astronomy

超伝導が藤本准教授の研究対象であり、従物 理 学 ・宇 宙 物 理 学 専 攻

発見されている。
さらに面白いことに、非フォノン・メカニ

不得意を恐れず好奇心を持ってズムで起こる超伝導には、その性質も従来

藤本准教授は高校生の頃、もと京大教授での超伝導とは異なる新しいタイプのものが1965 年にノーベル物理学賞を受けた朝永

存在することがわかってきた。たとえば最振一郎博士が書いた「物理学とは何だろう

近注目されており、藤本准教授も関心をか」という本に感銘を受けて、理学部に進持っているものに、トポロジカルな超伝導もうと決心したという。高校時代、数学はというものがある。ここではひとつの電子

それほど好きではなかったが、物理現象をがあたかも 2 つに分かれたかのような状態表す美しい数式を理解したいという好奇心になるマヨラナ粒子（マヨラナ・フェルミ

からがんばったのだそうだ。理学部入学のオン）というものが出現するなど、電子が後は、フィリップ・アンダーソンの「More

奇妙な振る舞いを見せ、研究者たちの好奇is different」という言葉に惹かれ、超伝導心をかき立てている。さらに、このトポロの研究へと進んだ。

ジカルな超伝導のほかに、パリティの破れそんな藤本准教授に後輩たちへのアドバイ

た超伝導、空間変調構造を持つ超伝導なスを求めたところ、「好奇心を持つこと、ど、新しいタイプの超伝導がいろいろと提不得意を得意に変える気構えを持つこと」

唱されてきている。これらについて正しくという答えが返ってきた。量子ワールドの理解するには、量子力学の専門的な知識が不思議に挑み続ける藤本准教授を研究に必要になってくる。

駆り立てているエンジンは、やはり「好奇藤本准教授の課題のひとつは、超伝導が起心」であるらしい。

こる温度をどこまで上げられるかを追求することだ。もしも常温での超伝導というよ電子

トポロジカルな超伝導
マヨラナ・フェルミオン

が起こる。電気エネルギーを損失なしにた
くわえられるようになるからだ。またトポ
ロジカルな超伝導で触れた不思議なマヨラ
ナ粒子などは、将来の量子コンピューターの開発につながるかもしれないという。量子コンピューターができれば、演算速度が飛躍的に上がり、これも一種のコンピューター革命になるかもしれない。

マヨラナ・フェルミオン

= 電子が 1 個ある状態＋電子が 1 個ない状態
量子力学的重ね合わせ状態

本来、電子は最小単位であり、それ以上細かくなることはない。トポロ
ジカルな超伝導において発生するマ
ヨラナ・フェルミオンは、電子が 2つに分かれたものであり、存在するともしないともいえない不思議な状態となっている050
physics & astronomy

うなことが可能になると、エネルギー革命

通常の超伝導物 理 学 ・宇 宙 物 理 学 専 攻

不規則系物理学松田和博 准教授
profile1972 年東京都生まれ。2006 年京都大学
博士（工学）。2009 年度より理学部へ移り、現職。超臨界金属流体の構造と電子状態の研究がテーマ。

“ 金属の変身 ” の
構造を
解き明かす

個分もあり、そこに直径が 500 メートルもあるドーナツ型の建物があります。この建物の中で、電子を光の速さ近くまで加速しているのです。加速されてぐるぐる回る電子は X 線などを出しますが、ここで発生する X 線は、病院でのレントゲン検査などに用いられる X 線管の 10 万倍以上という強力なものです。この強力な X 線を分析したい物質に当ててやると、その物質の原子レベルの細かい構造や動きを知ることができるのです。ここでは物理学の研究だけではなく、生物のDNA 構造を調べたり、新薬の開発を進めたり、いろいろな分野の最先端の研究が行われています。松田和博准教授の研究のひとつは、この SPring-8 を使って液体
金属の構造と電子状態の変化を調べることです。「超臨界金属流体の構造と電子状態の解明」が研究テーマですが、その現場を見てみましょう。

051
physics & astronomy

兵庫県の西部に SPring-8 という巨大な施設があります。敷地は東京ドーム約 30

物 理 学 ・宇 宙 物 理 学 専 攻

金属が気体になる瞬間を見る
金属を熱していけば溶けることは、誰でも知っている。では、溶けて液体になった金属をもっと熱してやるとどうなるだろう？
気体になる。そう、確かにそうなのだが、たとえば鉄の気体なんて考えたことがあるだろうか。
鉄の沸点は摂氏2750度くらいだから、この温度まで熱してやれば鉄だって沸騰して気体になる。しかし、沸点よりずっと低い温
度でも、鉄は気体になっている。1気圧の下での水の沸点は摂氏100度だが、常温でも水はどんどん蒸発して気化し、水蒸気になっている。金属も同じことなのだ。
金属は固体の時は、電気を通す。液体になっても、電気が通る。しかし、気体になるともう電気が通らない絶縁体となる。
電気を通す導体から、電気を通さない絶縁体になる時、原子レベルではどんな状態の

高温、高圧の状況下で、臨界点を矢印のように迂回すると、液体から気体、金属から絶縁体へと連続的に物質の状態が変化する。この臨界点を越えた金属の状態を超臨界金属流体という。この極限ともいえる状態で、平常の環境では見られない物質の性質について研究が進められている

実験器具作りは苦しくもあり
楽しくもあり
物理学は理論と実験を両輪として発展して金属の表面から1個ずつ原子が離れていく

きたが、松田准教授はどちらかというと実のだろうか、それともいくつかの原子が集験派だ。そして実験には、材料の選び方

団で離れていくのだろうか？ 逆に気体状と設備の作り方がとても重要になる。金属態の分子や原子が凝集して液体になる時、が液体から絶縁体に変わる超臨界状態を調

実際にはどのようなことが起こっているのべるにしても、何を材料に選べば実験がしか。このようなことは物質科学における最やすいのか。松田准教授が選んだのは、ルも基本的な問題であり、その過程をきちん

ビジウムという金属だ。元素の周期表をと解明することは非常に重要なのだ。そし見てみると、一番左の欄に、H、Li、Na、て SPring-8の威力を借りて、現象の解明がK、Rb……というように記号が並んでいる

進みつつある。

が、これらがアルカリ金属と呼ばれる仲間だ（H= 水素は除く）。アルカリ金属類は一番外側の殻に電子が 1 個だけ入っていると

052
physics & astronomy

変化が起こるのか？ たとえば液体状態の

物 理 学 ・宇 宙 物 理 学 専 攻いう比較的シンプルな構造なので、実験材料として適しているのだという。
ところがこのルビジウム、非常にホットな

さまざまな条件下で未知の性質の発見をめざして性質を持っている。ものすごく反応性が高

長 い 時 間 を か け て 実 験 装 置 を 作 り、

いので、普通の物質で作った容器はすぐに

SPring-8という大規模な装置を使ってデー腐食してしまう。そこでルビジウムにも腐タを集めて解析する。それでどんなことが食されにくいモリブデンという金属で容器

わかってきたのだろう。たとえば最近の成を作る。この容器の中にルビジウムを入れ果では、金属が液体の金属状態から気体のて、1850 度、200 気圧という高温・高圧状

絶縁状態になるにつれて隣り合う原子間の態にする。ここに SPring-8 で発生する強距離が徐々に縮むことが確かめられた。常力な X 線を照射してやるのだ。1850 度、識的に考えれば物質が液体から気体に変わ

200 気圧、強力 X 線。これらに耐える実験る時には、原子間の距離は伸びそうに思え装置を作るだけでも大変な作業だ。そしてるのだが、そうとばかりはいえないような実験装置の設計、開発、製作はほとんど自のだ。この現象の理論的な解明は、まだ今分たちの手で行う。だから研究室には、小後の課題であるという。

型の旋盤をはじめとするいろいろな機械が松田准教授は、不規則系物理という研究室並んでいる。まるで工作教室だ。ここで学に属し、院生たちとともに実験に臨んでい生の時代から、器具作りの技術を磨くのだる。不規則系は理論や実験の自由度が大きそうだ。器具作りでは松田准教授もいやといのが魅力であり、将来的にはいろんな条いうほど失敗を繰り返したという。

件の下で未発見の性質を見つけるのが夢だ

取材協力：SPring-8という。実験装置を作るには、細か根気が大切だ。だから、偏差値で測れるような受験的知識が不得手でも、あきらめずにトライして欲しいと後輩たちに望んでいる。

超臨界金属流体の物性を調べる（SPring-8 にて）053
physics & astronomy

い手作業を続ける物 理 学 ・宇 宙 物 理 学 専 攻

卒

業

生

inter view

学部も大学院も、今の研究環境も自分にはピッタリ

村主崇行 さん

京都大学次世代研究者育成支援事業「白眉プロジェクト」特定助教

profile1983 年京都府生まれ。2010 年 3 月に京都大学大学院理学研究科博士課程中退、同年 4 月より白眉
プロジェクト助教に就任。研究テーマは、大規模な並列計算プログラムの自動生成。

た。それにやっぱり京大の自由な校風というか、そういうところにも惹かれましたね。入学してから今まで、周囲にしばられ

Q: ご出身は京都ですか？

ることなく、好きなことをさせてもらって

A: はい、ずっと宇治に住んでいました。

きた感じです。先生たちも学生にあれこれ

今年、助教に採用されてから、大学の近くと指示をせずに、のびのびとやらせように移ってきました。

というムードですね。とにかく先生たちにも、飛んでる人がたくさんいて…。

Q: さっそくですが、京大の理学部を選んだ理由は何でしたか？
A: もともと宇宙のことに興味がありましQ: 飛んでる？

たとえば？

A: ウーン、たとえば数式の美しさ、対称054
physics & astronomy

学部時代の自主ゼミがおもしろかった物 理 学 ・宇 宙 物 理 学 専 攻

卒

業

生

inter view
性の美しさを心から愛していて、それを授業でもやってしまうユニークな先生が多いですね。

「賢い」並列計算機の実践をめざして
Q: 白眉プロジェクトでの村主さんの研究
テーマは何ですか？

Q: 学部時代に楽しかったことは何ですか？

A:「偏微分方程式の数値解析のための大A: 自主ゼミがおもしろかったですね。何規模並列プログラムの自動生成」です。宇

人かで集まって自分たちで選んだ本を読む

宙での円盤ジェット現象とか星間物質の乱のです。ロシアの有名な物理学者ランダウ

流を記述するときには偏微分方程式がよくの「力学」という本を読んだときには、1 行使われるのですが、その多くは手計算ではごとにケンケンガクガクの議論をするよう解けないので、コンピューターでシミュな状態で、非常にとっつきにくかったので

レーション計算をすることになります。こすが、今になってみるとやっぱりすごい本の計算を並列で行うプログラムを自動生成だということが実感されてきます。

しようとしています。

京大の自由さを象徴するような
白眉プロジェクト

Q: 並列で計算するとは、どういうことですか。
A: た と え ば 1 か ら 100 ま で の 和 を 求 め る

Q: 現在は白眉プロジェクトの助教をされ時、はじめから順に足していくのではなているわけですが、このプロジェクトをく、1 から 10 までの和を求めている隣で 11

説明してもらえますか。

から 20 までの和を求めるというように部分和を分担して求め、最後にそれらを足しじめられたもので、毎年 20 人程度の募集

合わせてやるのです。こういう効率のよいがあり、採用されると最長で 5 年間、自分計算法を、コンピューターが自分で推論しの好きな研究を自由にさせてもらえるといて編み出してくれるようにしたいのです。

う、僕のような若手にとっては本当にありがたい制度です。理学や工学に限らず、たとえばインド哲学の研究者もいるというよ

Q: 最後に、高校生へのアドバイスはありますか？

うに、まさに京大の自由さを象徴するよう

A: 受験勉強にしても、物事をただ暗記しな制度です。月に 2 度くらい皆で集まってようとするのではなく、筋道や内容を理解セミナーを開くのですが、違った分野の話

しようとすることですね。そうすると自然が聞けて、とても刺激を受けます。

に頭に入ってきますよ。

055
physics & astronomy

A: 今の総長である松本紘先生の構想では

物 理 学 ・宇 宙 物 理 学 専 攻

卒

業

生

inter view

小さい頃に憧れた
理学の世界
その魅力を伝える
仕事に従事

石坂千春 さん大阪市立科学館

学芸員

profile1969 年長野県生まれ。1998 年京都大学博士（理学）。1997 年から大阪市立科学館の学芸員として、天文分野の資料収集・研究・展示・教育普及を担当。

Q: 現在は大阪市立科学館で仕事をなさっているのですね？

Q: 京大の理学部を選んだ理由は何ですか？
A: 私は長野県の出身で、小さい頃にはまだ自宅の庭から肉眼で星空がきれいに見えたので、宇宙に興味を持っていました。そA: はい、この科学館は宇宙をはじめとし

れとテレビで京大の佐藤文隆先生（現名誉て物理学や化学をテーマとしています。小教授、アインシュタイン方程式の T-S 解の学生から大人まで、毎年 70 万人近くの来発見で世界的に知られる）が出演されてい場者があります。私は天文担当の学芸員とた科学番組がとてもおもしろく、佐藤先生

して、プラネタリウムの解説や、展示内容のいる京大理学部に行こうと小さい頃からの企画をしています。

思っていました。

056
physics & astronomy

小さい頃に星空を見上げて

物 理 学 ・宇 宙 物 理 学 専 攻

卒

業

生

inter view

自分だけがわからないのではないら
しい、と一安心

多くの分野の人との対話が糧に

Q: 念願かなって理学部に入学して、A: 学部ではいろいろな授業が自由に選べどうでしたか？

Q: 勉強のほうはどうでしたか。
るのがよかったですね。授業を受けはじめ

A: どの授業も高校の時のレベルとはまって、これは今の段階ではちょっと難しすぎ

たく違うので、最初はショックを受けましると思ったときには、無理せずに、別の年た。周りの人間はみんなそれを理解していに別の単位を取るということが自由にできるように見えたのもショックでしたね。だました。大学院では宇宙でのガスの運動をけどしばらくすると、どうもみんなもそんコンピューターでシミュレーションする研

なに理解してないのではないかということ究をしました。大学院で研究し、いろいろがわかって落ち着きました（笑）。

な分野の人の話を聞いていたことが、いまの仕事の中でずいぶんと役に立っています。

Q: 学生時代の楽しかった思い出はありますか？

Q: 具体的に言うと、どんなときですか？
A: たとえば新聞に、こんな発見がなされたサークルで違う学部のメンバーや別の大学という記事が出たとします。すると、大学の人と知り合いになり、ずいぶんと人脈が院時代に学んだ研究手法を応用して、記事広がりました。そのときのメンバーの何人には書かれていない研究の背景まで調べる

かとは、いまでも交流が続いています。学ことができ、発見の意味がすっと深く理解

園祭ではクレープ屋さんもやりましたね。

できることがあります。するとそういう発大学院の時は自分のホームページを作っ

見をプラネタリウムや展示で一般のお客さて、食堂の地図を載せたりしました。

んにわかりやすく説明することができます。

Q: 食堂の地図？

Q: 後輩の高校生たちに

A: はい、京大の周辺には学生食堂がたく

何かアドバイスがありますか？

さんあります。私はずっと下宿生活でした

A: 私 は 小 さ い 頃 か ら 京 大 の 理 学 部 志 望から、今日はラーメン、明日はトンカツとだったのですが、じつは高校の時、物理がいうように、友達といろんなところへ食べ大の苦手だったのです。それで入試では化に行くわけです。そういう食堂めぐりの地学で物理の不得意をカバーして合格にこぎ図でした。

つけました。だから不得意科目があっても簡単に志望をあきらめずに、得意科目でカバーするようにすればいいと思います。

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physics & astronomy

A: 弓 道 の サ ー ク ル を 作 り ま し た。 こ の物 理 学 ・宇 宙 物 理 学 専 攻・用・語・解・説・

β崩壊

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チェレンコフ光〉〉〉戻 る

不安定な原子核が、弱い相互作用によって状荷電粒子が物質中を通過する際、荷電粒子の態を変化させる現象。崩壊しても質量数は変速度が、物質中における光速を超えたときに化しない。

発せられる光。

崩壊に伴って電子とニュートリノが放出される。

光電子増倍管

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超新星爆発

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光エネルギーを電気エネルギーに変換する光

質量の大きな恒星がその一生を終える際に起電管に、電流を増幅する機能を加えた高感度

こす大爆発。

の光検出器。

標準理論

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暗黒物質

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素粒子物理学における、素粒子とその間に働

ダークマターともいう。光学的には観測でき

く 3 つの基本的な力（強い相互作用、弱い相互

ないが、おそらく存在し、宇宙の大部分を占作用、電磁力）の関係を説明する理論。標準模めるとされる謎の物質。

型ともいう。

BCS 理論

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フォノン

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超伝導を初めて理論的に説明したもの。ジョ

結晶中の原子の振動を量子化（物理量を量子の058

ン・バーディーン、レオン・クーパー、ジョ

整数倍にすること）したもの。従来、超伝導のン・ロバート・シュリーファーの 3 人によっ際の電子間の引力は、フォノンの交換によるて 提 唱 さ れ、3 人 の 名 前 の 頭 文 字（Bardeen,

ものと考えられていた。

physics & astronomy

Cooper, Schrieffer）から BCS と名付けられた。
超伝導状態を実現するには、電子のペアが互いに引きつけ合う状態になる必要があるが、BCS 理論では、電子同士がフォノンを仮想的に交換することによって、電子間に引力が働くと説明される。

量子力学

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従来の古典力学では説明できない、電子や原子、分子などの間の微視的な現象に適用される物理学の理論。決定論的な古典力学と比べて確率論的である。

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量子コンピューター

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超臨界状態

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量子力学的な重ね合わせを用いた次世代のコ

温度と圧力が臨界点を超えたときの、液体とンピューター。実現すれば計算速度が格段にも気体とも異なる特殊な状態。この状態にあ向上するといわれるが、まだ実用化できるレる物質を超臨界流体という。

ベルには達していない。
従来のコンピューターでは、1 ビットにつき、
0 か 1 の値しか持たせられないが、量子コン
ピューターでは 1 ビットにつき 0 と 1 の値を任意の割合で重ね合わせて保持できるので、同時並行的な処理が可能となる。

ルビジウム

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アルカリ金属元素のひとつ。元素記号は Rb。
融点は摂氏 38.5 度、沸点は摂氏 700 度。非常に反応性が高く、空気中で酸化する。また、水と反応して爆発を起こす。

アルカリ金属

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モリブデン

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周期表の第 1 族に属する元素（水素・リチウ

銀白色で硬い遷移金属のひとつ。元素記号は

ム・ナトリウム・カリウム・ルビジウム・セシ

Mo。アルカリ金属に対して耐腐食性がある。

ウム・フランシウム）のうち、水素を除いたも融点は摂氏 2620 度、沸点は摂氏 4650 度。

のを指す。比較的融点が低く、反応性が高い。

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