物理学教室年次研究報告2009 年度

大阪市立大学 大学院理学研究科・理学部
物理学教室

目次
序 ………………………………………………………………………………

1

2009 年度物理学教室談話会 ………………………………………………

3

研究報告
物性物理学講座
超低温物理学研究室 …………………………………………………………

4

光物性物理学研究室 ………………………………………………………… 10
生体・構造物性研究室 ……………………………………………………… 13
素励起物理学研究室 ………………………………………………………… 23
超伝導物理学研究室 ………………………………………………………… 28
電子相関物理学研究室 ……………………………………………………… 32

宇宙・高エネルギー講座
宇宙線物理学研究室 ………………………………………………………… 35
高エネルギー物理学研究室 ………………………………………………… 39
重力波実験物理学研究室 …………………………………………………… 49
宇宙・素粒子実験物理学研究室 …………………………………………… 56

基礎物理学講座
素粒子論研究室 ……………………………………………………………… 59
数理物理研究室 ……………………………………………………………… 62
宇宙物理研究室 ……………………………………………………………… 67
原子核理論研究室 …………………………………………………………… 73

序平成２１年度には４年ぶりの理学部自己評価がありました。平成１７年度から２０年度までの４年間を顧みたわけですが、４年前の平成１７年に行った理学部自己評価のデータと今回のデータを見比べると興味深いことが分かります。物理学科に話を限れば、
論文数、外部資金は、前回の自己評価の４年間とそれほど変化がありません。８年前と比べればむしろ増加しています。教員数削減が進む中で研究活動に陰りが見られないというのは、物理学科の教員のなみなみならぬ努力の結果だと思います。平成２１年度の教育・研究活動は次回の自己評価に反映されますが、高い活性を保ち生産的な１年間だ
ったと思います。
しかしながら、人員削減後の物理学科は、今後人事交流が無ければ確実に高齢化が進
むため、何らかの対策を講じなければ教育・研究の効率が落ちることは火を見るより明らかです。それゆえ、２１年度は将来計画小委員会を立ち上げ、物理学科の将来構想を話合う機会を持ちました。外的要因による不定要素が有りますから、臨機応変に、しかし大局的見地に立って、今後の教室運営を行う必要があるでしょう。大阪市大の物理学
科は、物理学の各分野をバランスよく網羅しています。しかしその規模は大きいとは言えず、しかし小さくもありません。これは決して短所というわけではなく、分野の壁を越えた有機的なつながりを持つという観点からは、むしろ適度な規模です。神田展行教授を代表とする学内重点研究「『アインシュタインの物理』でリンクする研究・教育拠点」は、物理学科のこの長所を活かして分野の枠を超えた教育・研究を目指す試みです。
２１年度にこの重点研究が主催したセミナー、研究会、合宿勉強会は、２０年度と同様
非常に有意義なものであり、手応えを感じた方々は私を含め少なくないと思います。また、年末の教室発表会も教室内の大講座の枠をこえて多くを学ぶことのできる非常に有意義な機会になっています。
社会貢献に関しては、平成１５年から６年間行った高校出張授業を２１年度から大学で行う体験授業に変更しました。人員削減により、大学業務の負担が増えたためのやむを得ない措置だったのですが、出張授業のときに比べて体験授業の申し込み件数は１０分の１程度に減りました。高校出張授業は、担当していた教員にとって決して軽くはな
い負担ですが、多感な若者たちに物理学のすばらしさを伝えるだけでなく、高校教員の方々から、物理教育の現状に関する話を伺う貴重な機会だったことも確かであり、それをそのまま再会するというわけにはかないものの、より適切な啓発活動を模索する必要があると思います。新しい試みとしては、昨年度から始まった全国同時七夕講演会で神田展行教授が阪市立科学館のプラネタリウム館で行った講演があげられます。参加者は約１３０人、会場がほぼ満員になるほどの盛況ぶりでした。今年度は私が科学館で講演しましたが、昨年度と同様多くの方々に来ていただきました。この企画は、大阪市大物理学科が科学館と協力して啓発活動を行うきっかけになりました。今後もこの関係を継続して行くことは非常に重要だと考えます。私たちは適切な啓発活動によって、物理学のファンを増やし、ひいては若者の物理離れの流れを止めることに少しは貢献できるのではないかと思います。また、２１年度から大手前高校 SSH への協力を始めました。
物理学科の多くの教員の方々に協力していただき、深く感謝しています。

1

現在の大阪市大物理学科は、人員削減などの逆風の中、粛々と自らのなすべきことをなしていると思います。そして、今後も奇をてらうことなく、そうあるよう努めることが大切だと思います。
平成２２年３月には、奥沢徹教授が定年退職されました。長年にわたる研究・教育活動のご貢献に、深い敬意と感謝の念を捧げます。教室人事では平成２１年４月より石川修六氏が教授に昇任されました。そして、平成２２年４月より中野英一氏が准教授に、
清矢良浩氏が教授に昇任することが決まりました。新しい体制で、物理学科の教育・研究活動がますます活性化することを祈念いたします。
最後に、本年度年次報告作成にご尽力された浜端広充氏と丸山稔氏に感謝いたします。
平成２２年８月
平成２１年度物理学教室主任
中尾 憲一

2

2009 年度物理学教室談話会
世話人：浜端，林，小栗

第 1 回：新入生歓迎談話会
日時：４月１５日（水）１６：３０～
場所：学術情報総合センター10F 会議室
講師：林 嘉夫 氏 （本学 宇宙・高エネルギー講座 教授）
題目：高エネルギーγ線で見る宇宙 －高エネルギー天文学へのいざない－
第２回：年末研究発表会
日時：１２月２８日（月）９：２５～１７：２０
場所：学術情報総合センター10F 会議室
第３回：最終講義
日時：３月１日（月）１６：００～
場所：学術情報総合センター1F 文化交流室
講師：奥沢 徹 氏（本学 宇宙・高エネルギー講座 教授）

3超低温物理学研究室
畑
徹
石川修六
矢野英雄
小原 顕
根間裕史

教 授
教 授
准教授
講 師
ＰＤ

嘉戸隆介(D3)
永合祐輔(D3)
加藤千秋(D2)
安達啓輔(M2)
飯塚崇祐(M2)

三浦幸恵(M2)
小川徹也(M1)
森 亮彦(M1)
笹本征吾(M1)

研究概要
1. ＮＭＲ法によるエアロジェル中の超流動ヘリウム３の相転移現象の研究（一部は京大との共同研究）（石川、畑、嘉戸、森）
超低温度ではヘリウム以外の物質は固化し、また液体状態であるヘリウム４はヘリ
ウム３とは相分離するために、ヘリウム３に不純物を入れることができない。このため、
超流動ヘリウム３の研究は超純粋物質（スーパークリーン物質）としての研究の場であった。エアロジェルは直径数ｎｍのシリカの紐が平均間隔数ｎｍから１００ｎｍの広い範囲で分布していて、体積に占めるシリカの割合は数％のものである。シリカの紐の直径は超流動ヘリウム3のコヒーレンス長より十分短く，またシリカの紐の平均間隔は超流動ヘリウム3のコヒーレンス長と同程度であるために、超流動性が完全に壊れることはな
く、純粋な系に入った僅かな不純物として振る舞う。
1-1
空孔率98.5％エアロジェル（不純物1.5％）を用いて、核磁気共鳴法(NMR)により超流動相の秩序構造の同定と超流動状態の安定性について調べた。大阪市大でのこれまでの測定より大域的相分離状態が準安定に不純物中で実現していることが明らかになった。相分離の様子を調べるために、市大で作製した試料セルを京大の研究グループの冷凍機で冷却して、磁気共鳴イメージ法で調べた。昨年度までの大阪市大での測定から明らかになったことは、A-like相とB-like相の2つの相が、大域的に相分離することである。分離には容器の持つ対称性が反映され、かつA-like
相やB-like相のテクスチャーとの関係を示唆するものであった。しかしながら、エアロジェルがガラス内壁から剥離する結果となり、以前の様な相分離を観測することはできなかった。
1-2
エアロジェル中では超流動性が抑制されるために、バルク液体が超流動になっているときに、エアロジェル中はノーマル状態である。このときにエアロジェルの界面付近に新しい超流動が現れるという理論予想がある。一種の近接効果であるが、相の同定が行われたことはない。この相は“奇周波数ペア”と呼ばれる新しいクーパー対が担っていると予想されている。異方的超伝導物資と金属との界面でも予想されている普遍的な現象と考えられる。これを調べるために新たに試料セルを作製した。測定は次年度の予定である。
２．第４音波法による平行平板中の超流動ヘリウム３（小原、石川、加藤、笹本）
第４音波を用いる超流動ヘリウム３の研究の新しい局面として、狭い平行平板間での実験を開始した。目標はA相のテクスチャーを制御して、第４音波の減衰を調べることである。昨年度まで行っていた実験では、微小な銀粒子の焼結銀中を伝わる音波を調べていた。ここではテクスチャーは乱雑であり、超流動ヘリウム３の特徴である異方性が平均化されてしまっていた。異方性と減衰の関係を得るために、狭い隙間を持つ平行平板間（間隔が25μm、50μm）を作製した。秩序変数である軌道角運動量ベクトルの向きが平板に垂直となる性質を利用して、一様テクスチャーでの測定を始めたところである。

4

３. 超流動ヘリウム量子渦のダイナミクスと量子乱流
超流動は、熱エネルギーが奪われた極限の温度で存在する、マクロな量子凝縮相である。その流れは量子化されるため、乱流も量子化された渦（量子渦）のみで構成され、量子乱流と呼ばれる。超流動ヘリウム４の渦は一種類しかなく、超流動ではない芯（直径約0.1 nm）のまわりを、芯からの距離に反比例する速度で超流動が流れる。この渦糸は、超流動中で途切れることができず、端がない渦環か、端が境界（壁）にある渦糸としてのみ存在できる。渦環はスモークリングのように超流動を伝播する。また我々の研究から、壁と壁との間に付着する渦糸は、準安定的に存在し続けることがわかってきた。
3.1 高周波振動流による超流動４He中の量子乱流遷移（矢野、畑、安達）
量子渦を壁と壁との間に付着させ、一方の壁を振動することによって、量子渦に波を立たせ、乱流へと遷移する過程を調べている。音叉型水晶振動子を用いて、高周波数振動について乱流遷移を調べた。これまで行ってきた低周波振動の乱流遷移と比較することで、乱流遷移速度は振動周波数の1/2乗に比例することを明らかにした。これは乱流の臨界振動速度と量子渦の波（ケルビン波）の波長が関係することを示唆している。
3.2 量子渦のケルビン波探索（矢野、畑、永合、三浦）
量子渦は超流動の冷却過程で核生成され、壁のわずかな隙間にも渦が付着すると考えられる。我々は、超流動相転移の冷却速度を変えることで量子渦発生の制御を行い、また振動子として用いる超伝導ワイヤの直径や表面粗さを変えることで付着量子渦の長さ制御を試みた。その結果、速い振動速度でも乱流遷移しない状態（ワイヤ）の開発に成功した。この手法を基に、ワイヤと壁との間に付着する
量子渦に、振動により波（ケルビン波）を立たせ、波の振動モード検出を行う装置を開発している。
3.3 量子渦環の伝播（矢野、畑、小川）
量子渦環は超流動中を伝播する。超流動中に常流動成分が存在すると、伝播する
量子渦は、常流動との相互摩擦のため縮み消滅する。我々は、常流動成分が存在する量子渦環の伝播を調べ、予想される伝播速度よりも遅く、寿命は長いことを明らかにした。今後は、常流動成分と渦環の伝播との関係から、なぜ伝播が遅く
寿命が長くなるのかを調べる。

４．回転する超流動ヘリウム３の研究（物性研，京大，福井大，岡山大との共同研究）（石川、根間）
昨年度に引き続き、東京大学物性研究所に相互協力により完成したサブmK温度域の
超低温度回転クライオスタットを用いて量子流体力学に関する共同利用研究を行っている。最高回転速度は１秒間に２回転である．
前半では、細い円筒容器内の渦構造の安定性に関して研究を行った。以前の研究か
ら、超流動転移するときの外部磁場と回転角速度の相対向きに依存する渦構造の出現が観測されている。１つはMermin-Ho型渦、1つはRadial-Disgyration型渦と考えている。
今回は、回転角速度の大きさや外部磁場の強さが渦構造の安定性に対してどのように影響するかを調べる計画であった。以前に比べて最高回転角速度が早くなり測定条件を大きく変えることが出来るので、新しい情報が得られることが期待された。しかしながら、原因不明のノイズが発生したために詳細な測定をすることが出来なかった。後半では、
巨視的角運動量の存在を調べる実験を行うために、新しい試料セルを博士研究員の根間が作製した。円筒容器の直径は0.1mmであり、かつ1本の円筒容器からなる試料セルであ5る。核磁気共鳴用コイル内の液体の体積はたったの20〜30ナノリットルという微量である。以前は150本の容器からなるセルであり、容器毎に渦構造が違っている可能性が否定できなかったために、1本の容器からなるセルでの測定を計画した。セルは完成し物性研の回転冷凍機へセッティングが完了したが、年度内に測定を開始するところまでは至らなかった。次年度に測定を開始する予定である。
５．寒剤を用いない希釈冷凍機の開発（畑、矢野、小原）
２年前、本研究室に蓄積されている希釈冷凍機製作のノウハウをもとに、米国とほぼ同時期に日本で初めて寒剤を用いない希釈冷凍機の製作に成功したが、さらに自動化
シークエンスを改良し、液体窒素不要の希釈冷凍機の完全自動化を世界で初めて完成させた。最低到達温度も９ｍＫを記録し、世界の最高レベルとなった。２００９年度から
は、よりコンパクトで高性能を目指し、２号機の製作を進めている。また、超低振動希釈冷凍機を目指し、世界初のパルス管冷凍機分離型の希釈冷凍機開発も開始した。
６．熱音響冷凍機の開発（畑、飯塚）
熱音響冷凍機は、熱エネルギーと音波エネルギーの変換を利用した冷凍機で、廃熱などの熱源があればそれを利用して動作する。廃熱の再利用ができること、音波媒体は空気などの安全な気体であること、機械的な可動部がないことなどから、長寿命で環境にやさしい未来型の冷凍機（エアコン）として期待されているが、熱エネルギーから音波エネルギー、あるいはその逆変換の変換効率が低く、実際に利用できるレベルには来ていない。そこで、熱源部、冷凍機部の改良を進め、まずは熱から音波への変換がより低温で行われるための条件
探索を進めた。その結果、音波媒体である空気の流れを遮断する膜が重要であること、また、膜の種類と厚みによってもこの条件が大きく影響することがわかった。

教育・研究業績
学術論文
1. ‘Transition to quantum turbulence generated by thin vibrating wires in superfluid 4He’, H.
Yano, T. Ogawa, A. Mori, Y. Miura, Y. Nago, K. Obara, O. Ishikawa, and T. Hata, J.
Low Temp. Phys., 156 (2009), 132–144.
2. ‘Laminar–turbulent transition generated by an oscillating object in superfluid 4He’, H. Yano, Y.
Nago, R. Goto, K. Obara, O. Ishikawa, and T. Hata, J. Phys.: Conf. Series., 150 (2009),
032126(1–4).
3. ‘Transition to quantum turbulence generated by an oscillating object in superfluid 4He’, H. Yano,
Y. Nago, R. Goto, K. Obara, O. Ishikawa, and T. Hata, J. Phys.: Conf. Series., 150 (2009),
032125(1–4).
4. ‘Vortex emission by a low-frequency vibrating wire in superfluid 3He-B’, Y. Nago, M. Inui, R.
Kado, K. Obara, H. Yano, O. Ishikawa, and T. Hata, J. Phys.: Conf. Series., 150 (2009),
032071(1–4).
5. ‘Motion of 3He quasiparticles in aerogel driven by fourth sound’, C. Kato, Y. Nago, T.
Matsukura, R. Kado, K. Obara, H. Yano, O. Ishikawa, and T. Hata, J. Phys.: Conf. Series., 150(2009), 032039(1–4).
6. ‘In globally isotropic aerogel, A-B phase separation of superfluid 3He in radial direction’, R. Kado,
H. Nakagawa, K. Obara, H. Yano, O. Ishikawa, and T. Hata, J. Phys.: Conf. Series., 150 (2009),
032036(1–4).
7. ‘Frictional relaxation time of 3He normal fluid component in aerogel obtained by fourth soundresonance’, C. Kato, T. Matsukura, Y. Nago, K. Obara, H. Yano, O. Ishikawa, T. Hata, S.
Higashitani, and K. Nagai, J. Low Temp. Phys., 158 (2010), 182–187.
8. ‘Observation of remanent vortices attached to rough boundaries in superfluid 4He’, Y. Nago, T.
Ogawa, A. Mori, Y. Miura, K. Obara, H. Yano, O. Ishikawa, and T. Hata, J. Low Temp. Phys.,
158 (2010), 443–449.

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国際会議講演
1. O. Ishikawa：“4th-sound of 3He in Aerogel” (invited talk), International Symposium on Quantum
Fluids and Solids (QFS2009), 5-11 August, 2009, Northwestern University, Evanston, USA.
2. R. Ishiguro：“Rotating 3He in Narrow Cylinders – Intrinsic Angular Momentum of 3He-A”(invited talk), International Symposium on Quantum Fluids and Solids (QFS2009), 5-11 August,
2009, Northwestern University, Evanston, USA.
3. H. Yano：“Transition of Steady Quantum Turbulence Generated by Oscillating Structures inSuperfluid 4He” (talk), International Symposium on Quantum Fluids and Solids (QFS2009), 5-11
August, 2009, Northwestern University, Evanston, USA.
4. H. Yano：“Critical Phenomena of Turbulence Generation in Superfluid 4He by a Vibrating Wire”(invited poster), International Symposium on Quantum Fluids and Solids (QFS2009), 5-11
August, 2009, Northwestern University, Evanston, USA.
5. R. Kado：“MRI Study of A-B Phase Coexistent State of Superfluid 3He in Aerogel” (poster),International Symposium on Quantum Fluids and Solids (QFS2009), 5-11 August, 2009,
Northwestern University, Evanston, USA.
6. Y. Nago：“Control of Vortex lines Attaching to an Oscillating Boundary in Superfluid 4He”
(poster), International Symposium on Quantum Fluids and Solids (QFS2009), 5-11 August, 2009,
Northwestern University, Evanston, USA.
7. C. Kato：“Frictional Relaxation Time of Normal Fluid Component in Aerogel Obtained by FourthSound Resonance” (poster), International Symposium on Quantum Fluids and Solids (QFS2009),
5-11 August, 2009, Northwestern University, Evanston, USA.
8. O. Ishikawa：“Intrinsic Angular Momentum in A Phase of Anisotropic Superfluid 3He” (invitedtalk), Novel Spin Pairing 2009 (NSP2009), 13-16 September, 2009, Kyoto University, Kyoto,
Japan.
9. K. Obara：“Frictional Relaxation Time of 3He Normal Fluid Component in Aerogel Obtained by
Fourth Sound Resonance” (poster), Novel Spin Pairing 2009 (NSP2009), 13-16 September, 2009,
Kyoto University, Kyoto, Japan.
10. R. Kado：“Temperature Dependence of Magnetic Susceptibility of Superfluid 3He in Aerogel”(poster), Novel Spin Pairing 2009 (NSP2009), 13-16 September, 2009, Kyoto University, Kyoto,
Japan.
11. O. Ishikawa ： “New Features of Anisotropic Superfluid 3He” (invited talk), International
Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials (PSM2010), 9-12
March, 2010, Yokohama, Japan.
12. H. Yano ： “Vortex Dynamics in Steady Quantum Turbulence of Superfluid 4He at the
Turbulent-to-Laminar Transition” (invited talk), International Symposium on Physics of New
Quantum Phases in Superclean Materials (PSM2010), 9-12 March, 2010, Yokohama, Japan.
13. K. Obara：“Frictional Motion of Superfluid 3He Normal Fluid Component in Aerogel” (poster),International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials(PSM2010), 9-12 March, 2010, Yokohama, Japan.
14. R. Kado：“Phase Separation in A-like and B-like Phase of Superfluid 3He in Aerogel” (poster),International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials(PSM2010), 9-12 March, 2010, Yokohama, Japan.
15. Y. Nago：“Quantized Vortices Generated in Turbulent Region of Superfluid 4He at High
Temperatures” (poster), International Symposium on Physics of New Quantum Phases inSuperclean Materials (PSM2010), 9-12 March, 2010, Yokohama, Japan.
16. Y. Nago：“Generation of Quantum Turbulence in Superfluid 4He using a Quartz Tuning Fork”(poster), International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials(PSM2010), 9-12 March, 2010, Yokohama, Japan.
17. C. Kato：“Fourth Sound Resonance of Superfluid 3He in Slab Geometry” (poster), International

7

Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials (PSM2010), 9-12
March, 2010, Yokohama, Japan.
18. Y. Miura：“Detection Technique for Kelvin Waves on Vortex Lines in Superfluid 4He” (poster),International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials(PSM2010), 9-12 March, 2010, Yokohama, Japan.

学会・研究会講演
1. 石川修六：「Summary and View on Anisotropic Superfluid 3He」
文部科学省特定領域研究「スーパークリーン物質で実現する新しい量子凝縮相の物
理」；A03,A04合同研究会 ２００９年４月１９日～２１日 ホテル箱根パウエル
2. 矢野英雄：「振動子が生成する超流動乱流遷移にあらわれる量子渦の運動状態」
文部科学省特定領域研究「スーパークリーン物質で実現する新しい量子凝縮相の物
理」；A03,A04合同研究会 ２００９年４月１９日～２１日 ホテル箱根パウエル
3. 小原 顕：「第4音波を用いたエアロジェル中超流動ヘリウム３の研究」
文部科学省特定領域研究「スーパークリーン物質で実現する新しい量子凝縮相の物
理」；A03,A04合同研究会 ２００９年４月１９日～２１日 ホテル箱根パウエル
4. 石黒亮輔：「円筒容器内の超流動ヘリウム3の回転実験」
文部科学省特定領域研究「スーパークリーン物質で実現する新しい量子凝縮相の物
理」；A03,A04合同研究会 ２００９年４月１９日～２１日 ホテル箱根パウエル
5. 永合祐輔：「Critical Velocity of Turbulent-Laminar Transition in Oscillating Boundary
Flow of Superfluid 4He」
文部科学省特定領域研究「スーパークリーン物質で実現する新しい量子凝縮相の物
理」；A03,A04合同研究会 ２００９年４月１９日～２１日 ホテル箱根パウエル
6. 矢野英雄：「超流動ヘリウムにおける量子乱流生成」（シンポジウム招待講演）
日本物理学会２００９年秋季大会 ２００９年９月２５日～２８日 熊本大学
7. 石黒亮輔：「回転下の３He-A～一本の量子渦のダイナミクス～」（シンポジウム招待講演）
日本物理学会２００９年秋季大会 ２００９年９月２５日～２８日 熊本大学
8. 永合祐輔：「低周波 Vibrating Wire を用いた超流動４He量子乱流の臨界速度」
日本物理学会２００９年秋季大会 ２００９年９月２５日～２８日 熊本大学
9. 三浦幸恵：「超流動４He中のVibrating Wireに付着する量子渦の制御」
日本物理学会２００９年秋季大会 ２００９年９月２５日～２８日 熊本大学
10. 安達啓輔「音叉型水晶振動子による超流動４He中の量子乱流の生成」
日本物理学会２００９年秋季大会 ２００９年９月２５日～２８日 熊本大学
11. 嘉戸隆介：「Aerogel中超流動３HeのＡ－Ｂ共存状態におけるＭＲＩ測定」
日本物理学会２００９年秋季大会 ２００９年９月２５日～２８日 熊本大学
12. 嘉戸隆介：「Aerogel中超流動３Heの磁化率の温度・磁場依存性」
日本物理学会２００９年秋季大会 ２００９年９月２５日～２８日 熊本大学
13. 畑 徹：「寒剤を用いない希釈冷凍機」
日本物理学会２００９年秋季大会 ２００９年９月２５日～２８日 熊本大学
14. 半田 梓：「寒剤を用いない希釈冷凍機」
低温工学・超伝導学会２００９年度秋季大会 2009年11月18日～20日 岡山大学
15. 小川徹也：「超流動４He中のVibrating Wireによる乱流生成の温度変化」
日本物理学会２０１０年年次大会 ２０１０年３月２０日～２３日 岡山大学
16. 永合祐輔：「音叉型水晶振動子による超流動４He中の量子乱流の生成(2)」日本物理学会２０１０年年次大会 ２０１０年３月２０日～２３日 岡山大学
17. 加藤千秋：「平行平板内に閉じ込めた超流動３He中の第４音波共鳴測定」
日本物理学会２０１０年年次大会 ２０１０年３月２０日～２３日 岡山大学

8

18. 加藤千秋：「平行平板内に閉じ込めた超流動３He中の第４音波共鳴測定」
文部科学省特定領域研究「スーパークリーン物質で実現する新しい量子凝縮相の物
理」；A04合同研究会 ２００９年１２月１１日～１３日 和歌山県教育センター
学びの丘
19. 加藤千秋：「超流動３He中の第４音波共鳴測定のための平行平板セルの開発」
文部科学省特定領域研究「スーパークリーン物質で実現する新しい量子凝縮相の物
理」；A04合同研究会 ２００９年１２月１１日～１３日 和歌山県教育センター
学びの丘

学位論文
修士論文
1. 安達啓輔：「高周波振動流による超流動４He中の量子乱流の生成」
2. 三浦幸恵：「超流動４He中の量子渦のKelvin wave による量子乱流生成の観測」

研究助成金取得状況
石川修六：特定領域研究「スーパークリーン物質で実現する新しい量子凝縮相の物理」
計画研究「超流動ヘリウム３の異方的秩序変数とその制御」２００９年度分 ９８０万円
2. 畑 徹：科学技術振興機構 先端計測分析技術・機器開発事業：「高性能超伝導体放射線検出器システムの開発」２００９年度分１４９５万円

1.

海外出張および海外研修
1.
2.
3.
4.
5.

石川修六：Northwestern University, Evanston, USA, International Symposium on Quantum
Fluids and Solids (QFS2009), 2009年8月1日～15日, 出席・発表および研究打ち合わせ
矢野英雄：Northwestern University, Evanston, USA, International Symposium on Quantum
Fluids and Solids (QFS2009), 2009年8月4日～13日, 出席・発表
小原 顕：Northwestern University, Evanston, USA, International Symposium on Quantum
Fluids and Solids (QFS2009), 2009年8月5日～13日, 出席・発表
永合祐輔：Northwestern University, Evanston, USA, International Symposium on Quantum
Fluids and Solids (QFS2009), 2009年8月5日～13日, 出席・発表
加藤千秋：Northwestern University, Evanston, USA, International Symposium on Quantum
Fluids and Solids (QFS2009), 2009年8月5日～13日, 出席・発表

9

光物性物理学研究室
鐘本勝一 講師

大河内 裕太 (M2)安井 基晃 (M2)井上 展幸 (B4)

尾形 明彦 (M2)福永 篤志 (M1)上田 裕二郎 (B4)宮崎 大 (M2)松岡 秀展 (M1)研究概要
1. ポリチオフェン誘導体における光誘起吸収分光測定（安井、鐘本）
ポリチオフェンを含めたπ共役ポリマーは、光励起により励起子やキャリアが生成し、その特性が光伝導素子や発光材料への応用展開につながっている。中でも結晶相を有す
るregioregular型ポリチオフェンの光学及び電子物性に関心が集まっている。本研究では、同ポリマーの薄膜試料に対して100fsパルス光励起の過渡吸収測定及びCW励起光励起による光誘起吸収測定を行った。その結果、両測定において、明瞭なキャリアに起因す
る吸収信号を観測したほか、ブリーチング信号を観測した。その信号解析から、薄膜試料における光物性を決定するのは、薄膜内に存在する特定のspeciesであることを明らかにした。
2. π共役ポリマーMEH-PPVのELデバイスに対する変調分光（大河内、鐘本）
π共役ポリマーは電圧印加により電界発光（EL）が生じ、その応用性が注目されている。そのEL素子動作時においては、キャリアのみならずキャリア間の衝突により生成する励起子が発生する。MEH-PPVを用いてELデバイスを試作し、デバイス動作とともに発生するキャリア及び三重項励起子を、変調分光により検出する実験を行った。その結果、キャリア及び三重項励起子が、電圧強度とともに生成する様子を明らかにした。
3. π共役オリゴマーにおける電場変調分光(宮崎、鐘本)
π共役ポリマーは、半導体的物性を発現することが知られており、実際にデバイスへの応用を目指した実験が盛んである。一方でこれら有機半導体デバイスの物性評価を行う上で、無機半導体で用いられてきたバンド描像に重点を置いた電子物性の評価が実際に適用できるのかが問題となってきた。これを調べるには、光励起許容な準位のみならず禁制な準位も含めて総合的に電子準位を評価し、バンド的な電子状態が実現されているかを検証する必要がある。その調べる手段として、禁制遷移の観測を可能にする電場
変調吸収分光を、有限鎖長さのオリゴマー分子に適用した。その結果、鎖長さとともに、許容及び禁制遷移が密集していく様子を明らかにした。さらには、それらオリゴマー分子を用いてダイオード特性を観測し、その起源を与える電子準位についての知見を得ることに成功した。(大阪大学産業科学研究所との共同研究)
4. π共役ポリマーを用いた光伝導素子に対する光誘起吸収(尾形、鐘本)
π共役ポリマーとフラーレンの混合物は、光励起により高効率な電荷分離を起こし、キャリア生成を経て光伝導効果を示すことが知られており、太陽電池への応用を目指した研究が盛んである。実際にπ共役ポリマーの一つである、regioregular型ポリチオフェ
ンとフラーレン誘導体PCBMの複合体を用いて光伝導素子を作成し、100fsパルス光励起の過渡吸収測定及びCW光励起による光誘起吸収測定を行った。その結果、光励起直後では、光キャリアは、ポリチオフェンの全speciesで生成されるが、時間とともにキャリアが特定のspeciesに局在して存在することを明らかにした。

10

5. オリゴマー分子に対する超高速分光（福永、鐘本）
π共役ポリマーは強い発光輝度や光学非線形性を与えることが知られており、光物性が注目されている。しかしながら、ポリマー特有の試料の複雑性が原因で、光物性を与える起源は明確ではない。そのため、有限長さをもつオリゴマー分子をモデル物質として用いることで、複雑なポリマー試料からは引き出せない物性評価が期待できる。本研
究では、長鎖オリゴマー分子に対して過渡吸収分光を適用し、その光励起ダイナミクスを調べた。その結果、ポリマー分子では観測が困難であった、励起子が低エネルギー状態へと変化する過程を明瞭に観測することに成功した。
6. ポリマー薄膜素子におけるスピン物性（松岡、鐘本）
近年、スピンと半導体物性を融合したスピントロニクスの研究が注目されているが、最近、π共役ポリマーを含めた有機半導体においても興味深いスピン物性が報告されている。ポリマー素子におけるスピン物性を解明することを目的とし、π共役ポリマーのMEH-PPVを用いたデバイスにおいて、ESRを起こした際の光電流と発光の変化に注目した。
その結果、ポリマーにおける大きな磁場効果を引き起こす起源とされる、ポーラロンペ
アの存在を明確にする結果を得ることに成功した。

教育・研究業績
学術論文
1. K. Kanemoto, I. Akai, M. Sugisaki, H. Hashimoto, T. Karasawa, N. Negishi, Y. Aso"Temperature effects on quasi-isolated conjugated polymers as revealed bytemperature-dependent optical spectra of 16-mer oligothiophene diluted in a sold matrix",
Journal of Chemical Physics,130, pp.234909-1-7 (2009).
2. K. Kanemoto, M. Yasui, D. Kosumi, A. Ogata, M. Sugisaki, T. Karasawa, I. Akai, H. Hashimoto,“Morphology dependent carrier and exciton generations in regioregular poly(3-hexylthiophene)
polymer diodes as revealed by bleaching spectroscopy”,
Physical Review Letters, 103, pp.187402-1-4 (2009).
3. K. Kanemoto, I. Akai, H. Hashimoto, T. Karasawa, N. Negishi, Y. Aso ”Temperat

ure dependence of intrachain photoluminescence of a long oligothiophene",
Physica Status Solidi (c) 6, pp.193-196 (2009).
4.

5.

6.

7.

K. Kanemoto, M. Sugisaki, M. Fujiwara, T. Karasawa, H. Hashimoto, ”Ultrafast coherent
vibronic oscillations in regioregular poly(3-alkylthiophene)”,Physica Status Solidi (c) 6, pp.S46-S49 (2009).
K. Kanemoto, M. Sugisaki, H. Hashimoto, I. Akai, T. Karasawa, N. Negishi, Y. Aso, “Intrachain Photoluminescence Dynamics of a Long Oligothiophene at Room Temperature",
Journal of Luminescence, 129, pp.1845-1848 (2009).
I. Akai, K. Miyanari, T. Shimamoto, A. Fujii, H. Nakao, A. Okada, K. Kanemoto, T. Ka
rasawa, A. Ishida, A. Yamada, I. Katayama, J. Takeda, and M. Kimura,“Rapid energy transfer and its temperature dependence in pi-conjugated dendrimers",
Physica Status Solidi (c) 6, pp.77-80 (2009).
A. Ito, D. Sakamaki, H. Ino, A. Taniguchi, Y. Hirao, K. Tanaka, K. Kanemoto, T. Kato,“Polycationic States of Oligoanilines Based on Wurster's Blue",
European Journal of Organic Chemistry, vol. 26, pp.4441-4450 (2009).

国際会議講演1. K. Kanemoto, “Electrically detected magnetic resonance in conjugated polymer semiconducting
devices”, The 3rd Japanese-Russian Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin
Devices, Awaji Yumebutai International Conference Center, Awaji Island, Japan. November

11

2.

15-18, 2009. (Invited).
Katsuichi Kanemoto, Akihiko Ogata, Daisuke Kosumi, Hideki Hashimoto, “Photocarrier
Dynamics of The P3HT/PCBM Composite Photovoltaic Device as Revealed by Bleaching
Spectroscopy”, 2010 OCU International Symposium on the Foundation of Environmental
Research, Awaji (2010. 3. 8-9).

学会・研究会講演
1. 大河内裕太、鐘本勝一、唐沢力、橋本秀樹、「π共役高分子MEH-PPVを用いたEL素子におけるデバイス変調吸収分光」日本物理学会2009年秋季大会、熊本大学（2009.9.25-28）
2. 安井基晃，鐘本勝一，小澄大輔，橋本秀樹、「Bleaching信号からみたRR-ポリチオフェン
薄膜における励起子およびキャリアダイナミクス」日本物理学会2009年秋季大会、熊本大学（2009.9.25-28）
3. 宮崎大，鐘本勝一，橋本秀樹，唐沢力，根岸伸和，安蘇芳雄「オリゴチオフェン薄膜における電場変調吸収スペクトルの鎖長依存性」日本物理学会2009年秋季大会、熊本大学（2009.9.25-28）
4. 尾形明彦, 鐘本勝一, 小澄大輔, 唐沢力, 橋本秀樹「ポリチオフェン/PCBM複合体におけ る 光 誘 起 キ ャ リ ア の ダ イ ナ ミ ク ス 」 日 本 物 理 学 会 2009 年 秋 季 大 会 、 熊 本 大 学（2009.9.25-28）
5. 尾形明彦、鐘本勝一、小澄大輔、橋本秀樹、唐沢 力「ポリチオフェン/PCBM複合体における光誘起キャリアダイナミクス」第20回光物性研究会、大阪市立大学 (2009. 12.
11-12)
6. 宮崎 大, 鐘本勝一, 橋本秀樹, 唐沢 力, 根岸伸和, 安蘇芳雄「電場変調吸収分光法によるオリゴチオフェンの電子準位構造決定」第20回光物性研究会、大阪市立大学 (2009.
12. 11-12)
7. 鐘本 勝一，尾形 明彦, 小澄大輔，橋本 秀樹，唐沢 力 「Bleaching分光からみたP3HT/PCBM
光起電力素子のキャリア生成過程」2010年春季応用物理学関係連合講演会、東海大学（2010.3.17-20）
8. 鐘本 勝一，尾形 明彦, 小澄大輔，橋本 秀樹，唐沢 力「Bleaching分光からみたP3HT/PCBM
複合体光起電力素子の光キャリアダイナミクス」日本物理学会第65回年次大会、岡山大学（2010.3.20-23）
9. 福永篤志、鐘本勝一、小澄大輔、橋本秀樹、安蘇芳雄「フェムト秒過渡吸収分光によるオリゴチオフェンの光励起ダイナミクス」日本物理学会第65回年次大会、岡山大学（2010.3.20-23）
10. 松岡秀展、鐘本勝一、橋本秀樹「π共役高分子MEH-PPVダイオードにおける励起子解離過程」日本物理学会第65回年次大会、岡山大学（2010.3.20-23）

学位論文
修士論文
1. 大河内裕太：「デバイス変調吸収分光法を用いた共役ポリマーEL素子の動作機構の研究」
2. 尾形明彦：「π共役高分子/フラーレン複合体光起電力素子における光誘起キャリアの分光学的研究」
3. 宮崎大：「オリゴチオフェンに対する電場変調吸収分光による共役ポリマーの電子準位構
造に関する研究」
4. 安井基晃：「共役ポリマーポリチオフェン薄膜において誘起される励起子及びキャリアの分光学的研究」

12生体・構造物性研究室
橋本 秀樹
杉﨑 満
丸山 稔
須貝 祐子

教授
准教授
准教授
特任助教

藤井 律子
小澄 大輔
斉藤 圭亮

(PD)
(PD)
(PD)

楠本 利行
堀部 智子
喜多 麻美子
殿内 規之
西坂 好晃
桝屋 豪
横江 拓人
丸田 聡
浦上 千藍紗

(D4)
(M2)
(M1)
(M1)
(M1)
(M1)
(M1)
(B4)
(B4)

研究概要
1. コヒーレント分光法を用いたカロテノイドの超高速光学応答（杉﨑，橋本）
光合成初期過程において重要な役割を担っているカロテノイドの光学応答を理解する
ためには，電子と分子振動の動的過程を総合的に理解する必要がある．そのため，代表的カロテノイドであるβ-カロテンの過渡回折信号測定を広いスペクトル領域で行った．測定
した結果を，Brownian oscillatorモデルを用いて解析を行った．波長依存性を再現するために，パルス形状を取り入れ厳密な計算を行った結果，実験結果を良く再現することができた．このことは，最低一光子許容励起状態S2と一光子禁制励起状態S1の間に，中間状態が存在することを強く示唆するものである．また，溶媒依存性を測定した結果，誘電環境の変化を低周波モードによりモデル化できることを示した．以上の結果は，電子と分子振動の情報を取得する上で，コヒーレント分光法が非常に有用であることを示すものである．
一連の研究成果を，学術論文[3,4]として発表した．
2. 光合成色素の超高速光学応答に周辺蛋白質が及ぼす影響の理解（杉﨑，小澄，藤井，橋本）
光合成色素と周辺蛋白の相互作用の大きさにより，励起エネルギー失活過程が大きく異なることが予想される．紅色光合成細菌Rba. sphaeroides 2.4.1 光合成膜，LH2 アンテナ色
素蛋白複合体，および主成分カロテノイドであるspheroidene のTG 信号測定を行った。コ
ヒーレント分子振動の減衰時間は，溶媒中のそれに比べ，色素蛋白複合体では約3割速くなることを見出した．また，理論モデル計算を行ったところ，実験結果をよく再現することも分かり，電子状態と振動状態について総合的な理解をすることができた．研究成果は学術論文[5,6]として発表した．
3. 光合成色素の超高速光学応答に周辺蛋白質が及ぼす影響の理解（藤井，橋本）
紅色光合成細菌の光反応中心に結合した15シスカロテノイドは，電荷分離を起こすバク
テリオクロロフィル二量体(スペシャルペアー，P)の三重項状態をクエンチする光保護作用を担う．その効率の良いエネルギー散逸過程に異性化様の構造変化が関与する可能性が，
時間分解ESR・時間分解ラマン分光などにより示唆されてきた．これをX線構造解析からも解明することを目指し，大きな蛋白質に結合した一分子のカロテノイドの結合長の変化と言う微細な構造変化を議論するために必要とされる分解能の結晶を大量調製する技術を確立してきた．その結果，2.0Aを切る世界トップクラスの分解能を出すことに成功し，その結果をPDBにアップロードした[PDB コード: 3I4D]．
4. カルボニルカロテノイドにおける分子内電荷移動ダイナミクス（小澄，楠本，藤井，杉﨑，
橋本）

13

ポリエン骨格内にカルボニル基（C=O）を持つカルボニルカロテノイドは，海洋性光合
成生物の超高速エネルギー伝達過程において重要な役割を果たす．また，カルボニル基は極性溶媒中で電荷供給体となるため，分子内電荷移動状態（ICT）を示すことで知られる．
そこでカルボニルカロテノイド一種である，フコキサンチンの励起状態ダイナミクスを１
光子及び2光子励起分光法により調べた．その結果，極性溶媒条件下において共在する，
S1励起状態とICT状態を選択的に生成することに成功し，各励起状態のダイナミクスが明らかになった．研究成果を学術論文[13]として発表した．
5. LH1 複合体中のスピリロキサンチンの電場変調吸収分光の入射光の偏光角依存性（堀部，楠本，藤井，橋本）
LH1複合体に結合しているカロテノイドの構造に対する知見を得る目的で，LH1由来のバクテリオクロロフィル蛋白複合体及び対称性のあるカロテノイドを用いて，LH1複合体を再構築した．この人工LH1複合体及び天然のLH1複合体の電場変調吸収（EA）分光測定を行った．入射光の偏光角を変えて測定することにより，色素の構造や静電環境に由来す
るパラメータを決定した．2種類のLH1複合体をこれらのパラメータについて比較した結果，良く一致することがわかった．研究成果を学術論文[17]として発表した．
6. 共役鎖長改変ペリジニン誘導体の電場変調吸収分光（楠本，堀部，橋本）
カルボニル基を持つ極性カロテノイドにおける分子構造と分子内電荷移動状態（SICT）形成との関係を解明するため，ペリジニンの分子構造の共役鎖長の異なるペリジニン誘導体
に対して非線形光学応答の分子構造依存性を調べた．分光手段として，電場変調吸収分光法を用いた．その結果，ペリジニンの共役鎖長より短いペリジニン誘導体では|∆µ|は共役鎖長が長くなるほど大きくなるのに対し，共役鎖長より長いペリジニン誘導体では|∆µ|はペリジニンとほぼ変わらないことがわかった．これは，ペリジニンの共役鎖長依存性がペリジニンの共役鎖長数のところで変化していることを示唆しており，このことからペリジ
ニンの構造の特異性を議論することが可能であると考えられる．研究成果を学術論文[18]として発表した．
7. 氷結晶の成長形と融解形の非対称（丸山）
結晶はミクロな構造異方性をもつために，特定の方位の結晶面がマクロな結晶外形を形づくる．ゆっくりと成長または融解する結晶では一般的に，成長形は成長速度の遅い方位の面によって，融解形は融解速度の速い面によって囲まれる．このような成長形と融解形の違いを明確にするために，氷円盤結晶側面の二回対称系と氷六角板結晶の六回対称系を用
いて実験観察を行い，それらの間の非対称性を明らかにした．氷結晶の成長と融解の素過程を考慮した界面律速モデルに基づくシミュレーションを行い，観測した成長形と融解形の非対称変化を定量的に説明した．これまでの研究成果をまとめた解説・総説[23]として発表した．
8. カルボン酸被覆銀ナノ粒子と鉛フリーはんだ代替材への応用（丸山）
私たちの開発した銀ナノ粒子は，直径 2 nm～30 nm の銀核をもち，表面がカルボン酸保護膜で被われた，コア/シェル構造をとることを示した．このナノ粒子粉末は 250～350℃の温度で焼結が完了し，高融点の金属銀 (融点 960℃) に変わるとともに，様々な材料に対して強く接合する．この特性を応用して地球環境にやさしい「無鉛はんだ代替材」として銀ナノ粒子を利用するための基礎研究を行った．銀ナノ粒子を用いて銅電極と焼結接合したシリコンダイオードは，鉛はんだで電極接合したダイオードと比較して，良好な順方向電流・電圧特性および熱伝導特性を示した．低温（-55℃）と高温（+150℃）の間の熱サイクル耐久試験も実施し，3000 サイクル後でも試作したダイオードの電気伝導および熱伝導はほとんど劣化しないという結果が得られ，高温鉛はんだ代替材として実用化できることを示した．研究成果は学術論文[24]として発表した．

14

教育・研究業績
学術論文
1. H. Hashimoto, Daisuke Kosumi, M. Sugisaki, M. Fujiwara, R. Fujii, and R.J. Cogdell, “The Possible
Involvement of Multiple 'Dark' State in Carotenoid Photophysics”, Carotenoid Sci. 14 (2009) 6-13.
2. N. Chatterjee, D. M. Niedzwiedzki, K. Aoki, T. Kajikawa. S. Katsumura. H. Hashimoto, and H. A.
Frank, “Effect of structural modifications on the spectroscopic properties and dynamics of the excitedstates of peridinin”, Arch. Biochem. Biophys. 483 (2009) 146-155.
3. M. Sugisaki, M. Fujiwara, S. V. Nair, H. E. Ruda, R. J. Cogdell, and H. Hashimoto,“Excitation-energy dependence of transient grating spectroscopy in β-carotene”, Phys. Rev. B80(2009) 035118/1-10.
4. M. Sugisaki, M. Fujiwara, S. V. Nair, H. E. Ruda, R.J. Cogdell, and H. Hashimoto,“Spectrally-resolved transient grating signals from β-carotene in benzene solution” Phys. Stat. Solidi(c) 6 (2009) S34-S37.
5. M. Sugisaki, M. Fujiwara, R. Fujii, K. Nakagawa, M. Nango, R.J. Cogdell, and H. Hashimoto,“Transient grating spectroscopy in photosynthetic purple bacteria Rhodobacter sphaeroides 2.4.1”, J.
Lumin. 129 (2009) 1908-1911.
6. M. Sugisaki, M. Fujiwara, D. Kosumi, R. Fujii, M. Nango, and H. Hashimoto, “Transient grating
signals from spheroidene in and out of pigment-protein complexes from Rba. sphaeroides 2.4.1”,
Carotenoid Sci., 14 (2009) 70-76.
7. M. Fujiwara, M. Sugisaki, A. Gall, B. Robert, R.J. Cogdell, and H. Hashimoto, “Ultrafast opticalresponse of β-carotene and lycopene probed by sub-20-fs time-resolved coherent spectroscopy”, J.
Lumin. 129 (2009) 1808-1812.
8. M. Fujiwara, K. Yamauchi, M. Sugisaki, K. Yanagi, A. Gall, B. Robert, R.J. Cogdell, and H.
Hashimoto, “Third-order optical nonlinearity of β-carotene homologues”, Phys. Status Solidi (c) 6(2009) S31-S33.
9. K. Miyamoto, S. Ohno, M. Fujiwara, H. Minamide, H. Hashimoto and H. Ito, “Optimized
terahertz-wave generation using BNA-DFG”, Opt. Express, 17 (2009) 14832-14838.
10. T. Kajikawa, K. Aoki, R.S. Singh, T. Iwashita, T. Kusumoto, H.A. Frank, H. Hashimoto, and S.
Katsumura, “Syntheses of allene-modified derivatives of peridinin toward elucidation of the effectiverole of the allene function in high transfer efficiencies in photosynthesis”, Org. Biomol. Chem. 7(2009) 3723-3733.
11. K. Iwaszczuk, D. G. Cooke, M. Fujiwara, H. Hashimoto, and P. U. Jepsen, “Simultaneous reference
and differential waveform acquisition in time-resolved terahertz spectroscopy”, Opt. Express 17(2009) 21969-21976.
12. T. Kajikawa, S. Hasegawa, T. Iwashita, T. Kusumoto, H. Hashimoto, D. M. Niedzwiedzki, H.A. Frank,
and S. Katsumura, “Syntheses of C33-, C35-, and C39-Peridinin and Their Spectral Characteristics”,
Org. Lett. 11 (2009) 5006-5009.
13. D. Kosumi, T. Kusumoto, R. Fujii, M. Sugisaki, Y. Iinuma, N. Oka, Y. Takaesu, T. Taira, M. Iha, H.A.
Frank, and H. Hashimoto, “One- and two-photon pump-probe spectroscopic measurements reveal theS1 and intramolecular charge transfer states are distinct in fucoxanthin”, Chem. Phys. Lett. 483 (2009)95-100.
14. D. Kosumi, M. Fujiwara, H. Hashimoto, and M. Yoshizawa, “Ultrafast nonlinear optical responses
induced by multiphoton excitation in all-trans-β-carotene: nonresonant excitation to the opticallyallowed S2 state”, J. Phys. Soc. Jpn. 78 (2009) 104715/1-5.
15. D. Kosumi, M. Fujiwara, R. Fujii, R.J. Cogdell, H. Hashimoto, and M. Yoshizawa, “The dependenceof the ultrafast relaxation kinetics of the S2 and S1 states in β-carotene homologs and lycopene on
conjugation length studied by femtosecond time-resolved absorption and Kerr-gate fluorescence
spectroscopies”, J. Chem. Phys. 130 (2009) 214506/1-8.
16. D. Kosumi, K. Abe, H. Karasawa, M. Fujiwara, H. Hashimoto, and M. Yoshizawa, “Highly sensitive
femtosecond dispersive spectroscopy: application to the ultrafast relaxation kinetics inall-trans-β-carotene”, Carotenoid Sci. 14 (2009) 37-42.

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17. T. Horibe, K. Nakagawa, T. Kusumoto, R. Fujii, R. J. Cogdell, M. Nango, and H. Hashimoto,“Polarization-angle dependence of stark absorption spectra of spirilloxanthin bound to reconstituted
LH1 complexes using LH1-subunits isolated from the purple photosynthetic bacterium
Rhodospirillum rubrum”, Carotenoid Sci. 14 (2009) 66-69.
18. T. Kusumoto, T. Horibe, T. Kajikawa, S. Hasegawa, K. Aoki, S. R. Shanker, T. Iwashita, S.
Katsumura and H. Hashimoto, “Electroabsorption spectroscopy of peridinin and allene-modified
peridinin analogues”, Carotenoid Sci. 14 (2009) 77-79.
19. K. Nakagawa, T. Nakano, N. Fukui, A. Nakashima, S. Sakai, T. Mizuno, T. Dewa, K. Iida, A. T.
Gardiner, R. J. Cogdell, R. Fujii, H. Hashimoto and M. Nango, “Reconstitution of the Light-harvesting
1 (LH1) Complex Using LH1-α and LH1-β Polypeptides, Separately Isolated from the Purple
Photosynthetic Bacterium Rhodospirillum rubrum, Together with Bacteriochlorophyll a and All-trans
Carotenoids”, Carotenoid Sci. 14 (2009) 54-57.
20. K. Nakagawa, N. Fukui, T. Nakano, A. Mizuno, A. Nakashima, S. Sakai, T. Mizuno, T. Dewa, K. Iida,
A. T. Gardiner, R. J. Cogdell, R. Fujii, H. Hashimoto and M. Nango, “Carotenoid Specificity During
Reconstitution of the Light-harvesting 1 (LH1) Complexes Using LH1-polypeptides Isolated from the
Purple Photosynthetic Bacterium Rhodobacter sphaeroides Together with Bacteriochlorophyll a andCarotenoids”, Carotenoid Sci. 14 (2009) 58-61.
21. K. Nakagawa, T. Nakano, N. Fukui, A. Nakashima, S. Sakai, T. Mizuno, T. Dewa, K. Iida, A. T.
Gardiner, R. J. Cogdell, R. Fujii, H. Hashimoto and M. Nango, “Reconstitution of the Light-harvesting(LH1) Complex Using Zinc-substituted Bacteriochlorophyll a and LH1-Polypeptides Isolated from the
Purple Photosynthetic Bacterium Rhodospirillum rubrum Together with all-trans Carotenoids”,
Carotenoid Sci. 14 (2009) 62-65.
22. 丸山稔，津村信也,「氷結晶の成長形と融解形の非対称」, 雪氷, 71 (2009) 27-30.
23. H. Ogura, M. Maruyama, R. Matsubayashi, T. Ogawa, S. Nakamura, T. Komatsu, H. Nagasawa, A.
Ichimura, and S. Isoda, “Carboxylate-passivated silver nanoparticles and their application to sinteredinterconnection: a replacement for high temperature lead-rich solders”, J. Electron. Mater., 39 (2010)
1233-1240.

国際会議録
1. M. Fujiwara, K. Yamauchi, M. Sugisaki, A. Gall, B. Robert, R.J. Cogdell, and H. Hashimoto,“Specific Channel of Energy Dissipation in Carotenoids: Coherent Spectroscopic Study”, in Ultrafast
Phenomena XVI, Springer Series in Chemical Physics, vol. 92, edited by P. Corkum, S. De Silvestri, K.
A. Nelson, E. Riedle and R. W. Schoenlein, in press.
2. K. Nakagawa, S. Suzuki, R. Fujii, A. T. Gardiner, R. J. Cogdell, M. Nango, and H. Hashimoto“Probing the carotenoid in its binding site in a reconstituted LH1 complex from the photosynthetic
bacterium Rhodospirillum rubrum with electroabsorption spectroscopy”, in Proceedings of 14th
International Congress on Photosynthesis Research, Ch. 16, 297-300 (2008).
国際会議講演
1. H. Hashimoto, R. Fujii, R.J. Cogdell, and M. Sugisaki, “Sub-20 fs Coherent Spectroscopy of
Carotenoids In and Out of Pigment-Protein Complexes”, 18th ISPPCC Satellite Symposium on
Photochemistry and Photobiology of Supramolecular Systems and Coordination Compounds(PPC2009), Ritsumeikan University, Shiga, Japan, 9-11 July, 2009 (Invited).
2. H. Hashimoto, R. Fujii, R.J. Cogdell, and M. Sugisaki, “Sub-20 fs Coherent Spectroscopy of
Carotenoids In and Out of Pigment-Protein Complexes”, International Workshop on Spectroscopic
Studies of Carotenoids, Chlorophylls and Bacterial Photosynthesis, Kwansei Gakuin Hall,
Nishinomiya, Japan, 25 January, 2010 (Invited).
3. R. Fujii, M. Kita, M. Iha and H. Hashimoto, “Pigment Composition in the Major Light-Harvesting
Complexes from a Brown Alga, Okinawa Mozuku”, International Workshop on Spectroscopic Studies
of Carotenoids, Chlorophylls and Bacterial Photosynthesis, Kwansei Gakuin Hall, Nishinomiya, Japan,
25 January, 2010 (Invited).
4. H. Li, Y. Takeuchi, O. Goto, S. Ito, M. Kondo, S. Ishigure, K. Kuzuya, M. Amano, T. Dewa, H.
Hashimoto, and M. Nango, “Transmembrane Electron-Transfer of Lipid-Linked Chlorin Derivatives
onto Electrodes”, 第 1 回グローバル G-COE 国際シンポジウム, 20-22 August, 2009.
5. M. Sugisaki, D. Kosumi, K. Saito, and H. Hashimoto, “Stimulated photon-echo measurements ofβ-carotene”, 平成 21 年度日本分光学会年次講演会・国際シンポジウム，東京工業大学百年記

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17.

念館 16-18 Nobember, 2009.
D. Kosumi, T. Kusumoto, R. Fujii, M. Sugisaki, M. Iha, and H. Hashimoto, “Ultrafast Intramolecular
Charge Transfer Dynamics in Polar Carotenoid”, 平成 21 年度日本分光学会年次講演会・国際シンポジウム，東京工業大学百年記念館 16-18 Nobember, 2009.
T. Kusumoto, D. Kosumi, C. Uragami, H.A. Frank, R.R. Birge, R.J. Cogdell and H. Hashimoto,“Femtosecond transient absorption spectroscopic study on a polar carotenoid analogue,
2-(all-trans-retinylidene) indan-1,3-dione”, Gordon Reseach Conference on Carotenoids, Ventura
Beach Marriott, USA, 17-22 January, 2010.
R. Fujii, M. Kita, M. Iha and H. Hashimoto, “Pigment Composition and Optical Properties of the
Major Light-Harvesting Complexes from an Edible Brown Alga, ‘OKINAWA MOZUKU’”, 2010
OCU Int. Sympo. the Foundation of Environmental Research, Awaji Yumebutai International
Conference Center, Awaji, Japan, 8-9 March, 2010.
Y. Sugai, R. Fujii, M. Nango, and H. Hashimoto, “In situ observation of reconstituted photosynthetic
membrane by using atomic force microscopy”, 2010 OCU Int. Sympo. the Foundation ofEnvironmental Research, Awaji Yumebutai International Conference Center, Awaji, Japan, 8-9 March,
2010.
T. Kusumoto, D. Kosumi, C. Uragami, H.A. Frank, R.R. Birge, R.J. Cogdell and H. Hashimoto,“Femtosecond transient absorption spectroscopic study on a polar carotenoid analogue,
2-(all-trans-retinylidene) indan-1,3-dione”, 2010 OCU Int. Sympo. the Foundation of Environmental
Research, Awaji Yumebutai International Conference Center, Japan, 8-9 March, 2010.
D. Kosumi, T. Kusumoto, R. Fujii, M. Sugisaki, M. Iha and H. Hashimoto, “Ultrafast Intramolecular
Charge Transfer Dynamics in Polar Carotenoid”, 2010 OCU Int. Sympo. the Foundation ofEnvironmental Research, Awaji Yumebutai International Conference Center, Japan, 8-9 March, 2010.
T. Horibe, K. Nakagawa, T. Kusumoto, R. Fujii, R.J. Cogdell, M. Nango and H. Hashimoto, “Stark
spectroscopy of spirilloxanthin bound to LH1 isolated from purple photosynthetic bacteria”, 2010
OCU Int. Sympo. the Foundation of Environmental Research, Awaji Yumebutai International
Conference Center, Japan, 8-9 March, 2010.
M. Kondo, Y. Takeuchi, H. Li, O. Goto, S. Ito, S. Ishigure, K. Kuzuya, M. Amano, T. Dewa, H.
Hashimoto and M. Nango “Light-Induced Transmembrane Electron Transfer Catalyzed by
Phosphlipid-Limked Zn Chlorophyll Derivatives on ITO”, 2010 OCU Int. Sympo. the Foundation ofEnvironmental Research, Awaji Yumebutai International Conference Center, Japan, 8-9 March, 2010.
S. Sakai, K. Nakagawa, A. Nakashima, K. Iida, H. Hashimoto, R. Fujii, T. Mizuno, T. Tanaka, T.
Dewa, and M. Nango, “Reconstitution of the photosynthetic light harvesting model
polypeptides/pigments complexes”, 2010 OCU Int. Sympo. the Foundation of Environmental
Research, Awaji Yumebutai International Conference Center, Japan, 8-9 March, 2010.
A. Sumino, N. Sasaki, N. Watanabe, T. Dewa, H. Hashimoto, A.T. Gardiner, R.J. Cogdell, and M.
Nango, “Construction and observation using AFM of an artificial lipid bilayer containing
photosynthetic membrane proteins”, 2010 OCU Int. Sympo. the Foundation of Environmental
Research, Awaji Yumebutai International Conference Center, Japan, 8-9 March, 2010.
M. Sugisaki, D. Kosumi, K. Saito, and H. Hashimoto，“Stimulated photon-echo measurements ofβ-carotene”, 2010 OCU Int. Sympo. the Foundation of Environmental Research, Awaji Yumebutai
International Conference Center, Japan, 8-9 March, 2010.
T. Yamada, K. Okada, Y. Ohfune, T. Shinada, and H. Hashimoto, “Synthetic Study of
5',6'-Dihydroanhydrorhodovibrin”, 2010 OCU Int. Sympo. the Foundation of Environmental Research,
Awaji Yumebutai International Conference Center, Japan, 8-9 March, 2010.

学会・研究会講演
1. 杉﨑 満，藤原正澄，橋本秀樹，「β-カロテンにおける断熱ポテンシャルの非調和性」，第9回分子分光研究会，2009年5月15日～5月16日，富山大学．
2. 斉藤圭亮，橋本秀樹「光合成における色素間の励起エネルギー移動の包括的理論」，第12回理論化学討論会，2009年5月28日～5月30日，東京大学本郷キャンパス
3. 中川勝統，酒井俊亮，中島彩乃，中野翼，福井直美，出羽毅久，橋本秀樹，南後守，「光合成膜でのアンテナ系タンパク質／色素複合体の構造形成に及ぼすカロテノイドの影響」，第 58 回高分子学会年次大会，2009 年 5 月 27 日～5 月 29 日，神戸国際会議場．
4. 中川勝統，中島彩乃，酒井俊亮，飯田浩史，出羽毅久，橋本秀樹，南後守，「紅色光合成細菌

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21.

のアンテナ系 LH1 複合体の Zn-BChl a とカロテノイド色素を用いた再構成」，光合成の色素系と反応中心に関するセミナーXVII，2009 年 7 月 11 日～7 月 12 日，京都大学．
喜多麻美子, 藤井律子, 飯沼喜朗, 伊波匡彦, 橋本秀樹, 「オキナワモズクから単離したフコ
キサンチン‐クロロフィル a/c 蛋白質(FCP)のサブユニット解析」，光合成の色素系と反応中
心に関するセミナーXVII，2009 年 7 月 11 日～7 月 12 日，京都大学．
原田香織，後藤修，明川心咲，近藤政晴，永島賢治，永島咲子，飯田浩史，橋本秀樹，出羽毅久，南後守「LH1-RC 複合体の配向を制御した透明電極上への組織化」，光合成の色素系と反応中心に関するセミナーXVII，2009 年 7 月 11 日～7 月 12 日，京都大学．
中島彩乃，酒井俊亮，近藤政晴，中川勝統，飯田浩史，橋本秀樹，出羽毅久，南後 守「MBP
結合 LH1 モデルタンパク質／色素複合体の再構成と基板上への組織化」，光合成の色素系と反応中心に関するセミナーXVII，2009 年 7 月 11 日～7 月 12 日，京都大学．
杉﨑 満，小澄大輔，斉藤圭亮，橋本秀樹，「β-カロテンにおける誘導フォトンエコー」，第23 回カロテノイド研究談話会，2009 年 9 月 16 日～9 月 17 日，東北大学．
小澄大輔, 楠本利行, 藤井律子,杉﨑満, 伊波匡彦, 橋本秀樹, 「fucoxanthin におけるフェムト秒
分光」，第 23 回カロテノイド研究談話会，2009 年 9 月 16 日～9 月 17 日，東北大学．
藤井律子，喜多麻美子，伊波匡彦，橋本秀樹, 「オキナワモズクの光合成周辺アンテナであるフコキ
サンチン-クロロフィル a/c タンパク質（FCP）の色素組成」，第 23 回カロテノイド研究談話会，2009
年 9 月 16 日～9 月 17 日，東北大学．
梶川敬之，長谷川慎二，岩下孝，楠本利行，H.A. Frank，橋本秀樹，勝村成雄, 「海洋光合成を担うカロテノイド，ペリジニンの超エネルギー伝達効率解明に向けた有機合成からのアプローチ」，第23 回カロテノイド研究談話会，2009 年 9 月 16 日～9 月 17 日，東北大学．
吉岡拓也，劉亦男，阿部健太，中村亮介，藤井律子，橋本秀樹，吉澤雅幸, 「色素蛋白複合体におけるカロテノイドとバクテリオクロロフィル間の双方向エネルギー移動」，第 23 回カロテノイド研究
談話会，2009 年 9 月 16 日～9 月 17 日，東北大学．
岩渕泰徳，中村亮介，小澄大輔，藤原正澄，藤井律子，橋本秀樹，吉澤雅幸，「カロテノイドの超高速緩和に対してポリエン骨格中心のメチル其がもたらす影響」，第 23 回カロテノイド研究談話会，2009 年 9 月 16 日～9 月 17 日，東北大学．
原田香織，後藤修，中川勝統，飯田浩史，田中啓文，小川琢治，橋本秀樹，出羽毅久，南後守，「光合成でのアンテナ系タンパク質色素複合体の自己組織化」，第58回高分子討論会，2009年9月
16日～9月17日，熊本大学黒髪キャンパス．
下山浩亮，落合剛，矢島俊輔，出羽毅久，山下啓司，南後守，「PEG誘導体をもつアンテナ系モデ
ルポリペプチド/色素複合体の組織化」，第58回高分子討論会，2009年9月16日～9月17日，熊本大学黒髪キャンパス．
杉﨑満，小澄大輔，斉藤圭亮，橋本秀樹，「β-カロテンにおける誘導フォトンエコー」，第 3回分子科学討論会 2009 名古屋，2009 年 9 月 21 日～9 月 24 日，名古屋大学東山キャンパス．
小澄大輔，楠本利行，藤井律子，杉﨑 満，伊波匡彦，橋本秀樹，「極性カロテノイドにおける分子内電荷移動ダイナミクスの励起エネルギー依存性」，第 3 回分子科学討論会 2009 名古屋，2009 年 9 月 21 日～9 月 24 日，名古屋大学東山キャンパス．
小澄大輔，楠本利行，藤井律子，杉﨑 満，伊波匡彦，橋本秀樹，「極性カロテノイドにおける分子内電荷移動ダイナミクスの励起エネルギー依存性」，第 3 回分子科学討論会 2009 名古屋，2009 年 9 月 21 日～9 月 24 日，名古屋大学東山キャンパス．
杉﨑満，小澄大輔，斉藤圭亮，藤井律子，橋本秀樹，「Rba. sphaeroides 2.4.1 における誘導フォトン
エコー」，日本物理学会 2009 年秋季大会， 2009 年 9 月 25 日～9 月 28 日，熊本大学黒髪キャン
パス．
小澄大輔, 楠本利行, 藤井律子, 杉﨑 満, 伊波匡彦, 橋本秀樹, 「極性カロテノイドにおける 2 光子励起分光法を用いた分子内電荷移動ダイナミクスの研究」，日本物理学会 2009 年秋季大会，
2009 年 9 月 25 日～9 月 28 日，熊本大学黒髪キャンパス．
斉藤圭亮，杉﨑 満，橋本秀樹，「β-カロテンにおける振動モードのカップリング」，日本物理学会
2009 年秋季大会， 2009 年 9 月 25 日～9 月 28 日，熊本大学黒髪キャンパス．

18

22. 堀部智子，中川勝統，楠本利行，藤井律子，R. J. Cogdell，南後守，橋本秀樹，「光捕集色素蛋白
複合体の電場変調吸収分光」，日本物理学会 2009 年秋季大会， 2009 年 9 月 25 日～9 月 28 日，
熊本大学黒髪キャンパス．
23. 吉岡拓也，劉亦男，阿部健太，中村亮介，藤井律子，橋本秀樹，吉澤雅幸, 「紅色光合成細菌のアンテナ系色素蛋白複合体におけるエネルギー移動効率の定量評価」，日本物理学会 2009 年秋季大会， 2009 年 9 月 25 日～9 月 28 日，熊本大学黒髪キャンパス．
24. 梶川敬之，長谷川慎二，岩下孝，楠本利行，D. M. Niedzwiedzki，H. A. Frank，橋本秀樹，勝村成雄，「海洋光合成を担うカロテノイド、ペリジニンの超エネルギー伝達効率解明に向けた有機合成か
らのアプローチ」第51回天然有機化合物討論会，2009年10月7日～10月9日，名古屋市公会堂．
25. 梶川敬之，長谷川慎二，岩下孝，楠本利行，H.A. Frank，橋本秀樹，勝村成雄，「海洋光合成を担う
カロテノイド，ペリジニンの超エネルギー伝達効率と構造的特徴」香料・テルペンおよび精油化学に関する討論会，2009年11月7日～11月9日，奈良先端科学技術大学院大学．
26. 藤井律子，喜多麻美子，桝屋豪，横江拓人，橋本秀樹「色素蛋白複合体に結合した色素のモル比の決定について：NMRの新しい利用法」，2009年度日本カロテノイド研究会若手の会，2009年11月
20日～11月21日，山形大学工学部．
27. 堀部智子，西坂好晃，楠本利行，橋本秀樹，「カロテノイドのStark分光の実例：光合成色素蛋白への応用」，2009年度日本カロテノイド研究会若手の会，2009年11月20日～11月21日，山形大学工学部．
28. 殿内規之，楠本利行，藤井律子，橋本秀樹，「カロテノイドのフェムト秒分光の実際：光合成色素蛋
白への応用例」，2009年度日本カロテノイド研究会若手の会，2009年11月20日～11月21日，山形大
学工学部．
29. 橋本秀樹，須貝祐子，藤井律子，杉﨑満，吉澤雅幸，南後守，「光合成初期反応のナノ空間光機能制御」，CREST第2回公開シンポジウム「光・光量子科学技術の新展開」，2009年11月27日，東京．
30. 吉澤雅幸，中村亮介，中川勝統，南後守，橋本秀樹、「マルチパルス光励起による光合成初期反応の解析と制御」，CREST第2回公開シンポジウム「光・光量子科学技術の新展開」，2009年11月27日，
東京．
31. 斉藤圭亮，杉﨑満，橋本秀樹，「光合成色素におけるコヒーレント現象に対する理論的アプローチ」，
ワークショップ「超高速過程における量子コヒーレンスの観測と制御」～量子情報処理から固体・生体分子ダイナミクス～，2009年12月3日～12月4日，東北大学理学部．
32. 丸田 聡，堀部智子，小澄大輔，藤井律子，杉﨑満，橋本秀樹，「紅色光合成細菌Rhodospillirum
rubrum S1に結合したspirilloxanthinのフェムト秒時間分解吸収分光」，第20回光物性研究会， 2009
年12月11日～12月12日，大阪市立大学．
33. 西坂好晃，須貝祐子，楠本利行，堀部智子，藤井律子，橋本秀樹，「紅色光合成細菌Blastochloris
viridisの単離coreと再構成膜の電場変調吸収スペクトル測定」，第20回光物性研究会， 2009年12月11日～12月12日，大阪市立大学．
34. 中村亮介，中川勝統，橋本秀樹，南後 守，吉澤雅幸，「アクセプター分子に対する光変調法を用いた光合成エネルギー移動解析」，第20回光物性研究会， 2009年12月11日～12月12日，大阪市立大学．
35. 酒井俊亮，中川勝統，中島彩乃，飯田浩史，藤井律子，橋本秀樹，水野稔久，田中俊樹，出羽毅
久，南後 守，「アンテナ系モデルタンパク質を用いた色素複合体の再構成」，第12回生命化学研究会，2010年1月8日～1月9日，芦原温泉清風荘．
36. 丸田聡，堀部智子，小澄大輔，藤井律子，杉﨑満，橋本秀樹，「紅色光合成細菌Rhodospillirum
rubrum S1に結合したspirilloxanthinのフェムト秒時間分解吸収分光」，第20回光物性研究会， 2009
年12月11日～12月12日，大阪市立大学．
37. 喜多麻美子，藤井律子，伊波匡彦，橋本秀樹，「オキナワモズク（Cladosiphon okamuranus）のアンテ
ナ色素蛋白複合体フコキサンチン-クロロフィルa/c蛋白質（FCP）の色素組成と機能解析」, 第51回日
本植物生理学会年会，2010年3月18日～3月21日，熊本大学黒髪北キャンパス．
38. 杉﨑 満，小澄大輔，斉藤圭亮，藤井律子，橋本秀樹，「Rba. sphaeroides 2.4.1 における誘導
フォトンエコー II」，日本物理学会 第65回年次大会，2010年3月20日～3月23日，岡山大学津
島キャンパス．

19

39. 丸田聡，堀部智子，小澄大輔，藤井律子，杉﨑満，橋本秀樹，「フェムト秒時間分解吸収分光を用いた紅色光合成細菌Rhodospillium rubrum S1における超高速エネルギー移動の観測」，
日本物理学会 第65回年次大会，2010年3月20日～3月23日，岡山大学津島キャンパス．
40. 小澄大輔，丸田聡，堀部智子，藤井律子，鐘本勝一，杉﨑満，橋本秀樹，「光合成組織で階層構造を持つバクテリオクロロフィルのフェムト秒分光」，日本物理学会 第65回年次大会，
2010年3月20日～3月23日，岡山大学津島キャンパス．
41. 阿部健太，中村亮介，橋本秀樹，吉澤雅幸，「マルチパルス光励起による励起状態の分子振動制御」，日本物理学会 第65回年次大会，2010年3月20日～3月23日，岡山大学津島キャンパ
ス．
42. 吉岡拓也，中村亮介，中川勝統，橋本秀樹，南後守，吉澤雅幸，「光合成アンテナ複合体のカロテノイドの違いによるエネルギー移動の変化」，日本物理学会 第65回年次大会，2010年3月20日～3月23日，岡山大学津島キャンパス．
43. 中村亮介, 中川勝統, 橋本秀樹, 南後守, 吉澤雅幸，「光合成アンテナ複合体の超高速エネル
ギー伝達：アクセプタ分子に対する光変調効果」，日本物理学会 第65回年次大会，2010年3月20日～3月23日，岡山大学津島キャンパス．
44. 近藤政晴，中島彩乃，酒井俊亮，中川勝統，橋本秀樹，水野稔久，田中俊樹，出羽毅久，南後 守「光合成細菌のアンテナ系モデルタンパク質/色素複合体の再構成と基板上への組織化」
日本化学会第90春季年会，2010年3月26日～3月29日，近畿大学．
45. 中川勝統，酒井俊亮，中島彩乃，飯田浩史，中村亮介，吉澤雅幸，藤井律子，橋本秀樹，出羽毅久，南後 守，「光合成でのアンテナ系膜タンパク質色素複合体の再構成」日本化学会第90春季年会，2010年3月26日～3月29日，近畿大学．
46. 角野歩，佐々木伸明，渡部奈津子，橋本秀樹，出羽毅久，南後守，「光合成膜タンパク質を含む人工平面脂質二分子膜の構築とAFMによる直接観察」日本化学会第90春季年会，2010年3月26日～3月29日，近畿大学．
47. 酒井俊亮，中川勝統，中島彩乃，飯田浩史，藤井律子，橋本秀樹，水野稔久，田中俊樹，出羽毅久，南後 守，「光合成でのアンテナ系モデルタンパク質を用いた色素複合体の再構成」
日本化学会第90春季年会，2010年3月26日～3月29日，近畿大学．
48. 池中俊哉，西川佑亮，楠本利行，藤井律子，廣津昌和，西岡孝訓，橋本秀樹，木下勇，「銅(I)チアカカリックス[3]ピリジン錯体を用いたβ-カロテンカチオンラジカルの生成」日本化学会第90春季年会，2010年3月26日～3月29日，近畿大学．
49. 桑村直人，加藤 諒，北野健一，廣津昌和，西岡孝訓，橋本秀樹，木下勇，「トリス（２－ピリジルチオ）メチル配位子がもたらすFe, Ni錯体の特異な反応」日本化学会第90春季年会，2010
年3月26日～3月29日，近畿大学．
50. 藤井律子, 喜多麻美子, 伊波匡彦, 橋本秀樹, 「オキナワモズクのアンテナ色素蛋白複合体の色素組成」，日本化学会第90春季年会，2010年3月26日～3月29日，近畿大学．
51. 須貝祐子, 藤井律子, 杉﨑満, 南後守, 橋本秀樹，「異種の光合成細菌由来のアンテナおよびコア複合体を持つ光合成再構成膜の原子間力顕微鏡によるその場観察」，日本化学会第90春
季年会，2010年3月26日～3月29日，近畿大学．
52. 中藤彩美，吉田佑希，廣津昌和，西岡孝訓，橋本秀樹，木下 勇「酸化還元活性な錯体配位子を用いた混合原子価錯体ポリマーの合成と構造」，日本化学会第90春季年会，2010年3月26日～3月29日，近畿大学．
53. 山元麻衣，鈴木修一，小嵜正敏，岡田惠次，堀部智子，西坂好晃，藤井律子，中川勝統，南後 守，橋本秀樹，「光合成でのLH1アンテナ色素蛋白複合体へのロドピンアナログ体の再会合と評価」，日本化学会第90春季年会，2010年3月26日～3月29日，近畿大学．

著書
1. 橋本秀樹，藤井律子，“カロテノイドの科学と最新応用技術”， 監修：宮下和夫，シーエムシー出版 (2009) pp. 49-62，第 1 編 カロテノイド科学 第 5 章「光合成系におけるカロテノイドの機能と生理活性」．
2. 小澄大輔，楠本利行，杉﨑満，橋本秀樹，“カロテノイドの科学と最新応用技術”， 監修：宮下和夫，シーエムシー出版 (2009) pp. 63-77，第 1 編 カロテノイド科学 第 6 章「カロテノイ

20

3.

4.

5.

ドの物性 II: 新しい電子状態を中心として」
杉﨑満，橋本秀樹，吉澤雅幸，“カロテノイドの科学と最新応用技術”， 監修：宮下和夫，シーエムシー出版 (2009) pp. 78-89，第 1 編 カロテノイド科学 第 7 章「カロテノイドの物性 II:
新しい分光法を用いたカロテノイドの振動状態の研究」
楠本利行，杉﨑満，橋本秀樹，柳 和宏，“カロテノイドの科学と最新応用技術”， 監修：宮下和夫，シーエムシー出版 (2009) pp. 90-104，第 1 編 カロテノイド科学 第 8 章「カロテノイド科学の新展開」
橋本秀樹，藤井律子，“動的構造解析技術と非平衡物質開発の最前線”， 監修：腰原伸也，シーエムシー出版 (2009) pp. 124-135，応用編 第 3 章「光合成系タンパク質の光誘起非平衡構
造に関する研究」

解説
1. 橋本秀樹，斉藤圭亮，藤井律子，杉﨑満,「超高速レーザーで見えてきた光合成アンテナ色素
蛋白複合体の機能」，化学工業, 60 (2009) 774-785.
特許
1. 橋本秀樹，藤井律子，伊波匡彦，飯沼善朗,「フコキサンチン－クロロフィル a/c タンパク質の製造方法」，特願 2009-211721，平成 21 年 9 月 14 日提出.

学位論文
修士論文
1. 堀部智子：「紅色光合成細菌から単離したLH1に結合したスピリロキサンチンの電場変調吸収スペクトルの偏光角依存性」．

研究助成金取得状況
橋本秀樹：科学技術振興機構・CREST「光合成初期反応のナノ空間光機能制御」1,500万円．
2. 橋本秀樹：科学技術振興機構・A-STEP「オキナワモズクFCP（Fucoxanthin-Chlorophyll a/c
Protein)の解明とフコキサンチン生産技術への応用」290万円．
3. 橋本秀樹：文科省・教育研究高度化支援事業「大阪市立大学戦略的教育研究４領域の基
盤強化教育研究高度化のための支援体制整備事業プロジェクト」1億650万円．
4. 橋本秀樹：日本学術振興会・基盤研究A「1-100THz超広帯域・擬似CW単色テラヘルツ波源システムの開拓」110万円．
5. 橋本秀樹：日本学術振興会・基盤研究B「励起状態の振動制御による光合成系エネルギー
伝達過程の高効率化の研究」55万円．
6. 橋本秀樹：日産科学振興財団「光合成活用発電システムの構築と機能解析」1,100万円．
7. 橋本秀樹：Human Frontier Science Program, “Understanding supramolecular architectures inphotosynthesis by space and time resolved spectroscopy”, 950万円．
8. 杉﨑満：学術振興会・基盤研究B「光合成色素蛋白超分子複合体のコヒーレント制御」150
万円．
9. 丸山稔：受託研究・新電元工業株式会社「銀ナノ粒子と銀ナノ粒子ペーストの物性評価」150
万円．
10. 小澄大輔：日本学術振興会・特別研究員奨励費｢極超短光パルスを用いた光合成系エネル
ギー伝達機構の解明とコヒーレント制御｣ 80万円
1.

海外出張および海外研修

21

1.

2.
3.

橋本秀樹：英国，ドイツ，2009年8月31日～9月11日，日産科学振興財団研究究課題「光合成活用発電システムの構築と機能解析」に関する研究打ち合わせ・実験（イギリス）、およびMax Planck Instituteにおける講演・研究討論（ドイツ）の為．
橋本秀樹：フランス，2009年11月30日～12月6日，光合成アンテナを用いた太陽電池開発に関する共同研究の打合せと実験研究．
橋本秀樹：米国，2010年1月17日～1月23日，2010年度カロテノイドに関するゴードン国際会議での発表の為．

新聞報道1.

橋本秀樹： 健康食品新聞（2009 年 6 月 10 日），HKE/ifia セミナー報告 カロテノイドの最新知見を講演.

その他
1.
2.
3.
4.

「International Workshop on Spectroscopic Studies of Carotenoids, Chlorophylls and Bacterial
Photosynthesis」開催，2010年1月25日，関西学院会館（西宮）．
「2010 OCU International Symposium on the Foundation of Environmental Research」開催，2010年3月8日～9日，淡路夢舞台国際会議場（淡路島）．
橋本秀樹：日本カロテノイド研究会幹事役員，Carotenoid Science編集委員長．
橋本秀樹：国際カロテノイド学会Council Member, President-elect．

22

素励起物理学研究室
坪田
鈴木

誠
教授
正人 講師

塚本

光昭(PD)

竹内
藤山
安永
福島
沼里
森本
足立
畔柳

宏充(D3)
将士(D3)
昌司(D2)
慎也(M2)龍(M2)
浩二(M2)
洋之(M1)
裕紀(M1)

研究概要
1. 量子 ケル ビ ン-ヘル ム ホル ツ不 安定 性 （坪田、竹内）当研究室では近年，量子流体の不安定性を調べている。
今回は、相分離した２成分ボース・アインシュタイン凝縮体の界面で生じるケルビン-ヘルムホルツ不安定性について調べた。２成分の相対速度に依存して、界面は不安定となり、量子渦が放出されるという、量子流体に特徴的な挙動を明らかにした（右図）。
2. 超流 動 4 He熱 対 向流 の数 値 シミ ュレ ーシ ョ ン（坪田、足立、藤山）
超流動熱対向流は、量子乱流を生成する典型的系として約半世紀にわたり、実験的、理論的、数値的に研究されて来たが、量子渦のダイナミクスに基づくシミュレーション
はこれまで成功していなかった。今回我々は、量子渦糸モデルに渦間相互作用を考慮する事により、量子乱流定常状態の実現に初めて成功した。この論文H. Adachi, S. Fujiyama
and M. Tsubota, Phys. Rev. B 81, 104511 (2010)は Phys. Rev. BのEditors Suggestionsに選ばれた。
3. ２次 元量 子 乱流 の順 カス ケ ード （坪田、沼里）
２次元古典乱流では、エネルギーに加えてエンストロフィーも保存量となるため、エネルギーが小さいスケールから大きいスケールへの輸送される逆カスケードが生じる事が知られている。我々は、巨視的波動関数が従うGross-Pitaevskii方程式を用いて２次元量子乱流の理論的および数値解析を行い、状況に依っては、通常の順カスケードが起こる事を示した。これは逆カスケードの存在を否定するものではなく、その可否は今後の課題である。
4.

ス ピノ ー ル・ダ イポ ール ボ ース 凝縮 体に お ける 内部 ジ ョセ フソ ン効 果（坪田、安永）
内部自由度をもつスピールボース凝縮体の内部ジョセフソン効果について、理論的および数値的に調べた。その特徴的な振動モードを明らかにするとともに、結合した２つの非線形振動子との対応を示した。

23

教育・研究業績
学術 論文
1. S. Fujiyama, A. Mitani, M. Tsubota, D. I. Bradley, S. N. Fisher, A. M. Guenault, R. P. H
aley, G. R. Pickett, and V. Tsepelin, “The Generation, Evolution and Decay of Pure Quantum
Turbulence: A Full Biot-Savart Simulation” Phys. Rev. B 81, 180512 (2010).
2. R. Numasato, M. Tsubota and V. S. L’vov, “Direct Energy Cascade in Two-Dimensional
Compressible Quantum Turbulence” Phys. Rev. A 81, 063630 (2010).
3. H. Takeuchi, N. Suzuki, K. Kasamatsu, H. Saito, and M. Tsubota, “Quantum Kelvin-Helmho
ltz Instability in phase-separated two-component Bose-Einstein condensates” Phys. Rev. B 81,
094517 (2010).
4. 栗田泰生、小林未知数、森成隆夫、坪田誠、石原秀樹, ”ボース・アインシュタイン凝縮体における粒子生成ー曲った時空とのアナロジー” 日本物理学会誌 6 5 No.3, 187-190(2010).
5. H. Adachi, S. Fujiyama and M. Tsubota, ” Steady State of Counterflow Quantum Turbule
nce: Vortex filament Simulation with the Full Biot-Savart Law” Phys. Rev. B 81, 104511(2010) (Editors Suggestion).
6. M. Yasunaga and M. Tsubota, ” Internal Josephson Effects in Spinor Dipolar Bose-Einst
ein Condensates” Phys. Rev. A 81, 023624 (2010).
7. 坪田誠、”量子乱流の不思議”
パリティ 2 5, 14-21 (2010).
8. M. Tsubota, “Quantum turbulence”(Invited Review Article) International Journal of Emerging
Multidisciplinary Fluid Sciences 1, 229-253 (2010).
9. S. Fujiyama and M. Tsubota, ” Vortex Line Density Fluctuations of Quantum Turbulence” J.
Low Temp. Phys. 158, 428 (2010).
10. H. Adachi and M. Tsubota, “Numerical Studies of Counterflow Turbulence, Velocity Distributionof Vortices” J. Low Temp. Phys. 158, 422 (2010).
11. R. Numasato and M. Tsubota, ” Possibility of Inverse Energy Cascade in Two-Dimensional
Quantum Turbulence” J. Low Temp. Phys. 158, 415 (2010).
12. H. Takeuchi, N. Suzuki, K. Kasamatsu, H. Saito and M. Tsubota, ” Shear-flow Instability in
Two-component Bose-Einstein Condensates” J. Low Temp. Phys. 158, 384 (2010).
13. S. Fukushima and M. Tsubota, ” Dynamics of Quantized Vortices in Bose-Einstein Condensates
Trapped in Precessing Potential” J. Low Temp. Phys. 158, 370 (2010).
14. M. Tsubota and H. Adachi, ” Dynamics of Charged Quantized Vortices” J. Low Temp. Phys.
158, 370 (2010).
15. H. Kuroyanagi, M. Tsukamoto and M. Tsubota, ” Study of Kosterlitz-Thouless Transition with
Random Chemical Potential Using Quantum Monte Carlo Simulations” J. Low Temp. Phys. 158,
231 (2010).
16. K. Kasamatsu, H. Takeuchi, M. Nitta and M. Tsubota, ” Connection of Vortices Between
Spatially Different Phases in Two-Component Bose-Einstein Condensates” J. Low Temp. Phys.
158, 99 (2010).
17. Y. Yasunaga and M. Tsubota, ” Rabi-Josephson Transitions in Spinor Bose-Einstein
Condensates” J. Low Temp. Phys. 158, 51 (2010).

国際 会議 講 演
1. .Tsubota, Quantum turbulence and nonlinear phenomena in quantum fluids, 19th International
Laser Physics Workshop, Foz do Iguacu, Brazil, 2010.7.5-9
2. M. Tsubota, Quantum turbulence and nonlinear instability in quantum fluids, Nonlinear Waves
Theory and Applications, Tsighua University, Beijing, China, 2010.6.26-29 (Invited)24

3. M. Tsubota, Numerical studies of quantum turbulence, Symposia on superfluids under rotation-Vortices, Superfluid dynamics, and quantum turbulence-, Helsinki, Finland,2010.4.10-17(Invited)
4. M. Tsubota, Quantum Turbulence and Nonlinear Phenomena in Quantum Fluids,PSM2010:International Symposium on Physics of New Quantum Phase in Superclean Materials,
Hamagin Hall "VIA MARE",Yokohama,Japan,2010.3.9-12
5. M. Tsukamoto and M. Tsubota, Numerical Study of Bose-Hubbard Model in Restricted
Geometry, PSM2010:International Symposium on Physics of New Quantum Phase in Superclean
Materials, Hamagin Hall "VIA MARE",Yokohama,Japan,2010.3.9-12
6. . Kasamatsu, H. Takeuchi, M. Nitta, and M. Tsubota, D-branes in Bose-Einstein condensates,PSM2010:International Symposium on Physics of New Quantum Phase in Superclean Materials,
Hamagin Hall "VIA MARE",Yokohama,Japan,2010.3.9-12
7. H. Takeuchi, K. Kasamatsu, M. Nitta, and M. Tsubota, Kelvin Helmholtz Instability in Atomic
Bose-Einstein Condensates, PSM2010:International Symposium on Physics of New Quantum
Phase in Superclean Materials, Hamagin Hall "VIA MARE",Yokohama,Japan,2010.3.9-12
8. S. Fujiyama and M. Tsubota, Analysis of vortex line density fluctuations and size distributionof quantum turbulence, PSM2010:International Symposium on Physics of New Quantum Phase inSuperclean Materials, Hamagin Hall "VIA MARE",Yokohama,Japan,2010.3.9-12
9. Numasato and M. Tsubota, Direct Energy Cascade in Two-Dimensional Compressible Quantum
Turbulence, PSM2010:International Symposium on Physics of New Quantum Phase inSuperclean Materials, Hamagin Hall "VIA MARE",Yokohama,Japan,2010.3.9-12
10. M. Nitta, K. Kasamatsu, H. Takeuchi, and M. Tsubota, C onnection of Vortices between
Spatially Different Phases in Two-Component Bose-Einstein Condensates, Condensed Matter
Physics Meets High Energy Physics, Institute for the Physics and Mathematics of the Universe(IPMU), Tokyo, Japan, 2010.2.8-12
11. M. Tsubota, H. Takeuchi, K. Fujimoto, M odel of supersolids by the nonlocal Gross-Pitaevskii
like equation, Korea-Japan Solid Helium Workshop, KAIST, Daejeon, Korea, 2009.12.20-22.
12. S. Fujiyama, H. Adachi, and M. Tsubota, Vortex line density fluctuation of quantum
turbulence; steady state of counterflow turbulence, Session 5, Quantum Turbulence
Workshop,QFS2009: International Symposium on Quantum Fluids and Solids, Northwestern
University, Evanston, Illinois, USA, 2009.8.5-11.
13. H. Kuroyanagi, M. Tsukamoto, and M. Tsubota, Study of Kosterlitz-Thouless transition withrandom chemical potential using quantum Monte Carlo simulations, QFS2009: International
Symposium on Quantum Fluids and Solids, Northwestern University, Evanston, Illinois, USA,2009.8.5-11.
14. H. Adachi and M. Tsubota, Numerical Studies of Counterflow Turbulence~Velocity
Distribution of Vortices~, QFS2009: International Symposium on Quantum Fluids and Solids,
Northwestern University, Evanston, Illinois, USA, 2009.8.5-11.
15. R. Numasato and M. Tsubota, P ossibility of Inverse Energy Cascade in Two-Dimensional
Quantum Turbulence, QFS2009: International Symposium on Quantum Fluids and Solids,
Northwestern University, Evanston, Illinois, USA, 2009.8.5-11.
16. S. Fukushima and M. Tsubota, Dynamics of quantized vortices in Bose-Einstein condensatestrapped in precessing potential, QFS2009: International Symposium on Quantum Fluids andSolids, Northwestern University, Evanston, Illinois, USA, 2009.8.5-11.
17 . Yasunaga and M. Tsubota, Rabi-Josephson Transitions in Spin or Bose-Einstein Condensates,QFS2009: International Symposium on Quantum Fluids and Solids, Northwestern University,
Evanston, Illinois, USA, 2009.8.5-11.
18. S. Fujiyama and M. Tsubota, Vortex line density fluctuation of quantum turbulence,QFS2009: International Symposium on Quantum Fluids and Solids, Northwestern University,
Evanston, Illinois, USA, 2009.8.5-11.

25

19. H. Takeuchi, N. Suzuki, K. Kasamatsu, H. Saito, and M. Tsubota, S hear-flow Instability in
Two-component Bose-Einstein Condensates, QFS2009: International Symposium on Quantum
Fluids and Solids, Northwestern University, Evanston, Illinois, USA, 2009.8.5-11.
20. K. Kasamatsu, H. Takeuchi, M. Nitta, and M. Tsubota, C onnection of Vortices between
Spatially Different Phases in Two-Component Bose-Einstein Condensates, QFS2009: International
Symposium on Quantum Fluids and Solids, Northwestern University, Evanston, Illinois, USA,2009.8.5-11.
21. M. Tsubota, Dynamics of Charged Quantized Vortices (Session H: Quantum Vortices, invitedH6 ), QFS2009: International Symposium on Quantum Fluids and Solids, Northwestern University,
Evanston, Illinois, USA, 2009.8.5-11.

学会 ・研 究 会講 演
1.坪田誠,竹内宏光，藤本和也，巨視的波動関数による超個体相のモデル、日本物理学会、第65回年次大会、岡山大学、2010.3.20-23
2.塚本光昭，坪田誠, 有限領域に閉じ込められたボース系の数値計算、日本物理学会、第65回年次大会、岡山大学、2010.3.20-23
3.沼里龍，坪田誠, V. S. Lʼvov， Direct Energy Cascade in Two-Dimensional Compressible
Quantum Turbulence、日本物理学会、第65回年次大会、岡山大学、2010.3.20-23
4.足立洋之，藤山将士，坪田誠, Full Biot-Savart数値計算による熱対向流量子乱流II、日本物理学会、第65回年次大会、岡山大学、2010.3.20-23
5.石野隼伍,竹内宏光，坪田誠，２成分ボースアインシュタイン凝縮体における対向超流動の不安定現象、日本物理学会、第65回年次大会、岡山大学、2010.3.20-23
6.安永昌司，坪田誠，スピノール・ダイポールBECにおける内部ジョセフソン効果、日本物理学会、第65回年次大会、岡山大学、2010.3.20-23
7.笠松健一,竹内宏光，新田宗士，坪田誠， 2成分ボース・アインシュタイン凝縮におけるD
ブレーン、日本物理学会、第65回年次大会、岡山大学、2010.3.20-23
8.町田昌彦，佐々成正，坪田誠，量子乱流におけるエネルギーカスケードのボトルネック効
果、日本物理学会、第65回年次大会、岡山大学、2010.3.20-23
9.栗田泰生，小林未知数，森成隆夫，石原秀樹，坪田誠，ボース・アインシュタイン凝縮体と曲った時空のアナロジーの新たな平均場理論による定式化、日本物理学会、第65回年次
大会、岡山大学、2010.3.20-23
10. 足立洋之、坪田誠, 熱対向流量子乱流の数値解析；量子渦の再結合の統計的性質 ＲＩＭ
Ｓ共同研究「オイラー方程式の数理：力学と変分原理250年」、数理解析研究所、京都大学、2010. 7. 12-14.
11. 石野隼伍、竹内宏光、坪田誠, 2成分ボース・アインシュタイン凝縮体における対向超流動の不安定性 ＲＩＭＳ共同研究「オイラー方程式の数理：力学と変分原理250年」、数理解析研究所、京都大学、2010. 7. 12-14.
12. 藤本和也、坪田誠, 振動物体による量子流体の不安定性と量子渦の運動 ＲＩＭＳ共同
研究「オイラー方程式の数理：力学と変分原理250年」、数理解析研究所、京都大学、2010.
7. 12-14.
13. 竹内宏光, 2成分ボース・アインシュタイン凝縮における不安定性と位相欠陥 東京大学、物性研究所、理論セミナー、2010. 6. 18.
14. Makoto Tsubota, Quantum hydrodynamics, The Weizmann Institute of Science, Israel,2010.3.26
15. 藤山将士，坪田誠，量子乱流の渦糸長密度揺らぎ、日本物理学会、秋季大会、熊本大学、2009.9.25-28
16. 畔柳裕紀，塚本光昭，坪田誠，Full Bio-Savart 数値計算による熱対向量子乱流、日本物理学会、秋季大会、熊本大学、2009.9.25-28

26

17. 竹内宏光，笠松健一，坪田誠，量子ケルビン・ヘルムホルツ不安定性、日本物理学会、秋
季大会、熊本大学、2009.9.25-28
19. 福島慎也，坪田誠，歳差運動するポテンシャル中の量子渦格子のダイナミクス、日本物理学会、秋季大会、熊本大学、2009.9.25-28

学位論文
博士 論文
1. 竹内 宏光：「ボース・アインシュタイン凝縮体における位相欠陥と不安定性」
2. 藤山 将士：「振動物体が生成する量子乱流の数値解析的研究-古典乱流、量子乱流の間に存在する普遍的性質」
修士 論文
1. 福島 慎也：「渦に平行でない軸周りで回転するポテンシャルに捕獲された量子渦格子のダイナミクス」
2. 沼里 龍：「2次元圧縮性量子乱流におけるダイレクト・エネルギー・カスケード」
3. 森本 浩二：「量子渦の運動に対する固体表面の粗さの効果」

研究助成金取得状況
1.
2.
3.
4.
5.

坪田誠：日本学術振興会・科研費基盤研究(B)「量子流体力学の構築」270万円
坪田誠：文部科学省特定領域研究「スーパークリーン物質における新しい量子相の物理」
計画研究「量子渦の物理と新しい超流動乱流の研究」830万円
竹内宏光：日本学術振興会特別研究員奨励費 90万円
安永昌司：日本学術振興会特別研究員奨励費 60万円
藤山将士：日本学術振興会特別研究員奨励費 70万円

その他
1. 当研究室出身の笠松健一（近畿大学理工学部・講師），小林未知数（東京大学大学院総合文化研究科・助教）が日本物理学会第４回若手奨励賞を受賞した．

27

超伝導物理学研究室
村田惠三

教授

横川敬一(客員研究員)
Md. Nuruzzaman(研究生)森嶋健太（B4）

研究概要
1. HMTSF-TCNQの磁場誘起新電子相の発見
最初の有機物超伝導体はTMTSF2PF6は擬１次元金属性を持ち、温度低下によりある温度でフェルミ面のネスティングと強相関性により絶縁体化する。この絶縁相はスピン密度波によるものであった。これを0.65 GPaの圧力下では超伝導が見られ、更なる高圧では全温度領域で金属となる。概ね超伝導が現れる圧力域で、磁場誘起でスピン密度波が現れる。
これにはサブ相があり、磁場掃引で1次の相転移を次々と引き起こす。また、このサブ相内で量子Hall効果を示す。
TMTSF2PF6に至る前駆物質にTTF-TCNQという物質があり、擬１次元金属性を持ち、温度低下によりある温度でフェルミ面のネスティングと電子格子相互作用により絶縁体化する。この絶縁相は電荷密度波によるものであった。TTF-TCNQの発展類縁物質にHMTSF-TCNQという物質があり、これでTMTSF2PF6塩で見ららたものと対照的な現象が見えたら物理学の理解に大いに寄与する。本研究はそれを狙っている。
2. (TMTTF)2Brの1軸加圧による超伝導の発見。
TMTSF2PF6の仲間はTMTSF2X(Xはマイナス1価のアニオン)と総称されるが、それより1
次元的な仲間にTMTTF2Xがあり、高圧下で概ねTMTSF2X系に類似してくる。高圧といえども、1軸的に加圧した場合の超伝導や磁気絶縁相の出現の仕方は、軸方向で異なるはずである。今回、TMTTF2Brに1軸加圧し、a軸に加圧したときだけ、超伝導が見られることを発見した。ちなみに1軸加圧で超伝導が見られたTMTTF2X塩では世界初である。
3. ポリマー超伝導の探索
有機物の超伝導は結晶に限られてきた。しかし、歴史的には高温超伝導はポリマーで起
こるとLittleにより予言されていたもので、我々は加圧により、超伝導が起こるものかどうか調査している。
4. 有機物の熱電、Figure of Merit物質の探索
有機伝導体には色んなバンド構造を持つものがあるが、エネルギー・運動量の分散関係に平坦なものがあると熱電能が大きくなりやすいという理論が作られ、我々が十数年来関わってきた物質がこれに当てはまり、新類縁物質も加え、Figure of Meritの大きな物質の探索を行っている。
5. 次世代超高圧印加用圧力媒体油の研究
高圧力実験は閉じ込められた空間内に試料をおき、試料空間サイズをシリンダー状の軸方向に押して加圧する。全ての媒体はある圧力で固化するので、固化したあと更に加圧す
ると、静水圧力でもなく、1軸圧力でもなくなり、物理的解析は困難になる。このため、我々は固化圧力の高い圧力媒体の開発を行い、広く物性物理学の発展に寄与を目指している。現在、導電ペーストを溶かさない媒体としては、室温で3.7 GPaという世界最高の値を出して、多くの研究者に使われている。

28

教育・研究業績
学術論文
1. Tsutomu Fujimoto, Toshiki Hayashi,Toyonari Sugimoto,Harukazu Yoshino, Keizo Murata,:“Pressure Effect on the pi-d Interaction in (EDT-DSDTFVSDS)2FeBr4”, J. Phys. Soc. Jpn. 78 ,
014710 (2009).
2. Fluctuation of the charge density wave in TTF-TCNQ under high pressure
K. Murata, Y. Weng, Y. Seno, N. Rani Tamilselvan, K. Kobayashi, S. Arumugam, Y. Takashima,
H. Yoshino and R. Kato,
Physica B: Physics of Condensed Matter, Volume 404, (2009) Issue 3-4, p. 373-375.
3. Contactless conductivity measurements on the organic conductor, kappa-(ET)4Hg2.89Br4, underpressure,
Hiroshi Oike, Kazuya Miyagawa, Kazushi Kanoda, , , Hiromi Taniguchi, Keizo Murata
Physica B404 (2009) 376-378.
4. EuFe2As2 under High Pressure: An Antiferomagnetic Bulk Superconducor,
Taichi Terashima, Motoi Kimata, Hidetaka Satsukawa, Atsushi Harada, Kaori Hazama, ShinyaUji, Hiroyuki S Suzuki, Takehiko Matsumoto, Keizo Murata,
J. Phys. Soc. Jpn. 78 (2009) 083701.
5. Effect of uniaxial Stress for Pressure-Induced Superconductor SrFe2As2,
Hisashi Kotegawa, Takayuki Kawazoe, Hitoshi Sugawara, Keizo Murata, Hideki Tou,
J. Phys. Soc. Jpn. 78 (2009) 083702.
6. Contrasting Pressure Effects in Sr2VFeAsO3 and Sr2ScFePO3
Hisashi Kotegawa, Takayuki Kawazoe, Hideki Tou, Keizo Murata, Hiraku Ogino, Kohji
Kishio, and Jun-ichi Shimoyama
J. Phys. Soc. Jpn. 78 (2009) 123707
7. Precise Pressure Dependence of the Superconducting Transition Temperature of FeSe:Resistivity
and 77Se-NMR Study
Satoru Masaki, Hisashi Kotegawa, Yudai Hara, Hideki Tou, Keizo Murata, Yoshikazu Mizugu
chi, and Yoshihiko Takano
J. Phys. Soc. Jpn. 78 (2009) 063704
8. Recent Progress in high-pressure studies on Organic Conductors,
Syuma Yasuzuka, Keizo Murata
Sci. Technol. Adv. Mater. 10 (2009) 024307.
9. Recent Progress in high-pressure studies on Organic Conductors,
Syuma Yasuzuka, Keizo Murata
Sci. Technol. Adv. Mater. 10 (2009) 024307.
10. Fluctuation of Charge density wave of TTF-TCNQ under extreme pressure
Keizo Murata, Yufeng Weng, Yuki Seno, Natarajan Rani Tamilselvan, Kensuke Kobayashi,
Sonachalam Arumugam, Yusaku takashima, Harukzu Yoshino, Reizo Kato, Physica B: Physics
of Condensed Matter, Volume 404, Issue 3-4, (2009) p. 373-375.

国際会議会議録
1. Transport properties of HMTSF-TCNQ up to 8 GPa and a novel hysteresis and quantum
oscillatory behavior in magnetoresistance in magnetic field up to 31 Tesla
K Murata, K Yokogawa, JS Brooks, A Kismarahardja, E Steven, M Kano, Y Seno,
NR Tamilselvan, H Yoshino, T Sasaki, D Jérome, P Senzier, K Bechgaard, M Uruichi and K
Yakushi, proc.int conf.high pressure (AIRAPT, Tokyo, 2009.7) J. Phys. Conference Series,
2. Quantum critical behavior in the organic conductor κ-(DHDA-TTP)2SbF6, Yufeng Weng,
Harukazu Yoshino, Narumi Hiratani, Hiroki Akutsu, Jun-ichi Yamada, Koichi Kikuchi and

29

3.

Keizo Murata, Synthetic Metals
Volume 159, Issues 21-22, November 2009, Pages 2394-2396
Fluctuation of charge density wave of TTF–TCNQ under high pressure
Keizo Murata, Yufeng Weng, Yuki Seno, Natarajan Rani Tamilselvan, Kensuke Kobayashi,
Sonachalam Arumugam, Yusaku Takashima, Harukazu Yoshino and Reizo Kato
Synthetic Metals, Volume 159, Issues 21-22, November 2009, Pages 2397-2398
Int. Conf. on Sci. and Tech. of Synth. Metals, Porto de Galinhas Pernambuco, Brazil, July 611, 2008 - ICSM 2008.

国際会議講演
1. Transport properties of HMTSF-TCNQ up to 8 GPa and a novel hysteresis and quantum
oscillatory behavior in magnetoresistance in magnetic field up to 31 Tesla
K Murata, K Yokogawa, JS Brooks, A Kismarahardja, E Steven, M Kano, Y Seno,
NR Tamilselvan, H Yoshino, T Sasaki, D Jérome, P Senzier, K Bechgaard, M Uruichi and K
Yakushi,
AIRAPT (Int. Conf. on High Pressure Science and Technology, 2009.7.26-2009.7.31, Tokyo)
2. First Observation of Superconductivity by Uniaxial Strain in (TMTTF)2X-Salt
Keiichi Yokogawa, Harukazu Yoshino, Toshikazu Nakamura, James S. Brooks, Keizo Murata
ISCOM, Hokkaido
3. Successive bi-stable quantum phases in HMTSF-TCNQ induced by field-sweep
K. Murata, K. Yokogawa, J.S. Brooks, A. Kismarahardja, E. Steven, M. Kano, Y. Seno,
N.R.Tamilselvan, H. Yoshino, T. Sasaki, K. Bechgaard, and D. Jérome
ISCOM, Hokkaido
4. 'Thermoelectric figure of merit of tau-type conductors of several donors
H. Yoshino, K. Murata
ISCOM
5. Recent Works on Organic Conductors and the Real Physics Assisted by High Quality Pressure
K. Murata
I.F. Schegolev Memorial Conference “Low-Dimensional Metallic and Superconducting Systems”(October 11-16, 2009, Chernogolovka, Russia).
学会・研究会講演
1. HMTSF-TCNQにおける強磁場、低温下における量子振動下の履歴現象
K Murata, K Yokogawa, JS Brooks, A Kismarahardja, E Steven, M Kano, Y Seno,
NR Tamilselvan, H Yoshino, T Sasaki, D Jérome, P Senzier, K Bechgaard, M Uruichi,
K Yakushi
日本物理学会2009年秋季大会、熊本大学 2009.9.27 27pYC3
2. 正孔ドープ系超伝導体Pr0.75Sr0.25FeAsOの超伝導の圧力効果
Natarajan Rani Tamilselvan, Jing Ju，Zhaofei Li，Mu GangB, Hai-hu WenB, 村田惠三, 横川敬一, 吉野治一, 谷垣勝己, 山田篤，松林和幸C，上床美也
日本物理学会2009年秋季大会、熊本大学 2009.9.28 28aRH2
3. (TMTTF)2Brの1軸圧縮による超伝導発現
横川 敬一, 吉野 治一, 中村 敏和, James S. Brooks, 村田惠三
日本物理学会2009年秋季大会、熊本大学 2009.9.28 27aYC12
4. Successive bi-Stable Quantum Phases in HMTSF-TCNQ Induced by Field-Sweep in High
Magnetic Field
K. Murata
Spin 100 2009.12.4 Sendai
5. HMTSF-TCNQの圧力下、強磁場磁気抵抗
6. 村田惠三、横川敬一、小林賢介、増田耕育、瀬能夕貴、森嶋健太、MD Nuruzzaaman、佐々木30

孝彦、吉野治一、D Jérome、JS Brooks 2010.3.20
日本物理学会2010年春季大会、岡山大学
20pGT-17

その他
1. 村田惠三ほか： 2009.8.6 8.7 オープンキャンパス 物理教室の実験担当
2. 村田惠三ほか： 2009.8.28市大理科セミナー 物理教室の実験担当

研究助成金取得状況
1.
2.

村田惠三：学術振興会・基盤研究(C)「ポリマー超伝導の探索」130万円
村田惠三：「次世代超高圧印加用圧力媒体油の研究」45万円

海外出張および海外研修
1.
2.
3.

村田惠三：米国国立強磁場センター(Tallahassee, Florida)、2009.4.30 - 2009.5.10、研究実験を行った。
村田惠三：サンパウロ大学(Sao Paulo, Brazil)、2009.8.8 – 8.27、Jardim教授らと国際学術交流を行った。
村田惠三：チェルノゴロフカ(Chernogolovka, Russia)、2009.10.7 – 10.21、I.F. Schegolev
Memorial Conference “Low-Dimensional Metallic and Superconducting Systems” (October
11-16, 2009, Chernogolovka, Russia).」の会議での招待講演と、Lebedev研究所とIoffe研究所
訪問による研究打ち合わせを行った。

その他
1.
2.
3.

村田惠三：日本物理学会 2009.10 -2010.9年度 物理学会領域 7副代表
村田惠三：東北大学金属材料研究所強磁場施設利用者委員
村田惠三：東京大学物性研究所利用者委員

31電子相関物理学研究室
小栗 章 教授
西川 裕規 講師

三村信英 (B4:物理)
島本将志 (B4:物質)
佐藤 礼 (B4:物質)研究概要
2009年度は、3角形3重量子ドット系の近藤効果、超伝導体と接合された直列2重量子ドット系におけるAndreev散乱と近藤効果の競合、Hund結合のある量子不純物系における多体相関によるくりこみの効果、および共鳴非弾性Ｘ線散乱を用いた固体中の電子構造の解明に関する研究を進めた：
1. 3角形3重量子ドット系では、ドット内の共鳴準位間を電子が周回する電子のパスがあるため量子干渉効果と電子相関の協演により非常に多彩な近藤効果が起こり得る。現実の系では、ドットの不均一などのため周回パスの対称性が低くなるため、我々は正三角形構造からのずれが小さい場合にその影響を調べた。その結果、SU(4)近藤効果は対称性の低下に敏感に応答しスピンSU(2)の近藤状態に移り変わるが、長岡強磁性に基づくスピンS=1の近藤効果は摂動に強いことが明らかになった。また、数値くりこみ群の固定点に関する一般的な考察から、コンダクタンスのゼロ点に置いては、s波とp波の部分波のエネルギースペ
クトルが縮退するため、低エネルギーの性質が高エネルギー領域とは独立な起源のSU(4)対称性をもつ局所Fermi流体論で記述されることを示した（論文1）。
2. 超伝導/直列2重量子ドット/常伝導の接合系の低温の輸送特性を数値くりこみ群と局所
Fermi流体論を組み合わせた精密な計算により調べた。特に、各ドットの共鳴エネルギー、ドット間の結合強度を制御することにより、超伝導近接効果と電子相関による多様な干渉効果が見られることを示した（論文2）。また発展として中央に単一ドットを置いた３端子の接合系の性質も調べており、２本の超伝導リードと１本の常伝導リードの系ではJosephson位相、Andreev-近藤共鳴状態、および0-π状態間の量子相転移が相互に関連した物性が見られ、その全貌を解明中である。
3.

英国インペリアルカレッジロンドンにてHewson, Crow両氏と、Hund結合を有する
Anderson模型に対して、繰りこまれた摂動論が具体的に適用できるように、繰りこまれたパラメータを計算した。この成果を次年度（2010年度）初頭に欧文雑誌に投稿した。
またこの研究過程において研究手法を汎用性のあるように拡張したので、それを応用して、４重量子ドット上の様々な”磁性”と近藤効果の関係について調べた。これらについてはさらに研究中である。また固体の電子構造を共鳴非弾性Ｘ線散乱によって実験的に研究する方法を、具体例を挙げて提案し、理論的に検証した（論文3）。その提案を広く周知せしめるために、他の可能性も含めた上で国際学会で発表した（会議録4）。

教育・研究業績
学術論文
1. T. Numata, Y. Nisikawa, A. Oguri, and A. C. Hewson: "Kondo effects in a triangular triple
quantum dot: numerical renormalization group study in the whole region of the electron filling",

32

Phys. Rev.B 80 (2009) 155330, 16 pages.
2.

Yoichi Tanaka, Norio Kawakami, and A. Oguri: "Correlated electron transport through double
quantum dots coupled to normal and superconducting leads", Phys. Rev. B 81 (2010) 075404,
11 pages.

3.

Y. Nisikawa, M. Ibuki, and M. Usuda: “Momentum-dependent resonant inelastic X-ray scattering
at the Si K edge of 3C-SiC: A theoretical study on a relation between spectra and valence band
dispersion”, Physica B 405 (2010) 1415-1422.

国際会議録
1. T. Numata, Y. Nisikawa, A. Oguri, and A. C. Hewson : "Gate-voltage dependence of Kondo
effect in a triangular quantum dot", J. Phys.: Conference Series 150 (2009) 022067, 4 pages.
2.

Y. Nisikawa, and A. Oguri : "Transport through a double quantum dot with interdot replusion",
J. Phys.: Conference Series Conference Series 150 (2009) 022066, 4 pages.

3.

Yoichi Tanaka, N. Kawakami, and A. Oguri : "Andreev Reflection and the Kondo Effect in
Side-Coupled Double Quantum Dots", J. Phys.: Conference Series 150 (2009) 022086, 4 pages.

4.

Y. Nisikawa: “Electronic structure and momentum-dependent resonant inelastic X-ray scatteringin broad band materials” Material Science Forum 645-648 (2010) 235-238.

国際会議講演
1. A. Oguri, S. Amaha, Y. Nisikawa, A.C. Hewson, S. Tarucha, and T. Numata：“Kondo effects
in a triangular triple quantum dot II: ground-state properties for deformed configurations”,
アメリカ物理学会
2010年3月15日
Portland, USA.
2.

Yoichi Tanaka, N. Kawakami, and A. Oguri: “Correlated electron transport through double
quantum dots coupled to normal and superconducting leads”,
アメリカ物理学会 2010年3月15日
Portland, USA

3.

Oguri and Yoichi Tanaka: ”Josephson current through a Kondo Y-junction”, ナノ構造における超伝導に関する国際会議,
2009年9月5日, 名古屋大学

4.

Yoichi Tanaka, N. Kawakami, and A. Oguri: “Long-range Kondo singlet state in side-coupled
double quantum dots”, RIKEN Workshop on "Emergent Phenomena of Correlated Materials"
2009年12月3日, 理化学研究所

5.

A. Oguri, Y. Nisikawa and Yoichi Tanaka : “Ground-state properties of a single Anderson
impurity coupled to Superconductors”, 第18回２次元電子系国際会議(EP2DS)
2009
年7月21日 神戸国際会議場

6.

Y. Nisikawa and M. Ibuki: “Electronic structure and momentum-dependent resonant inelastic
X-ray scattering in broad band materials”, シリコンカーバイドおよび関連物質に関する国際会議 2009年10月14日, Nürnberg, Germany

学会・研究会講演
1. 小栗 章, 天羽 真一, 西川 裕規, A C Hewson, 樽茶清悟, 沼田貴英：「3重量子ドット系の33

近藤効果: 3角形配列の歪の影響II」 , 日本物理学会 2010年会, 岡山大学
2.

小栗 章, 西川 裕規, 田中 洋一：「透過係数のゼロ点、および Andreev-Kondo系におけるFermi流体状態」 日本物理学会 2009年秋の分化会 熊本大学

3.

小栗章：「メゾ・スケールのJosephsonおよび超伝導-常伝導接合系における近藤効果」『アインシュタインの物理』でリンクする研究・教育拠点研究会 2009年10月24日大阪市立大学

研究助成金取得状況
1.

小栗章：学術振興会・基盤研究(C)「量子ドット・ナノ物質系における近藤効果の理論的研究」80万円

海外出張および海外研修
1.
2.

西川 裕規：英国インペリアルカレッジ、2009年3月27日 ～ 2010年3月21日、大阪市立大
学在外研究員A項
小栗 章：米国ポートランド、2010年3月13日～3月19日、アメリカ物理学会出席・発表

34

宇宙線物理学研究室
林嘉夫 教授荻尾彰一 准教授
櫻井信之* 特任助教
小島浩司 客員教授

奥田剛司(D3)
南野真容子(D3)
藤井俊博(M2)
山下祐(M1)

倉本和幸(B4)
松宮大輔(B4)
山﨑勝也(B4)

研究概要
1. インド・ウーティーにおける空気シャワーアレイを用いた宇宙線・ガンマ線観測（林、小島、南野、山下、松宮）
本研究室とインド・タタ基礎研究所による日印国際共同実験『GRAPES-3空気シャワー実験』は2000年3月から現在まで安定した観測を行っている。本実験は10TeV以上の宇宙線・ガンマ線観測による超高エネルギー天体現象の解明を目的として、一次宇宙線の化学組成解析やガンマ線源探索等をおこなっている。2009年度の研究実績は以下の通りである。
① 安定した観測を実現するための装置の運用② 空気シャワーの到来方向決定精度を向上させた補正パラメータ計算法の開発③ ガンマ線点源探索のための高精度到来方向計算法の開発④ 等方的拡散ガンマ線の探索⑤ 銀河面からの拡散ガンマ線の探索
2. インド・ウーティーにおける大面積ミューオン検出器を用いた宇宙線観測（小島、林、南野、山下、松宮）
GRAPES-3 のミューオン望遠鏡は、70 GeV 程度の一次宇宙線によって生成される1 G
eV 以上の大気ミューオンの強度変動を詳細に観測する事ができる。このミューオン望遠
鏡の特徴は、構成しているミューオン検出器が従来のミューオン計や中性子計に比べて角度分解能が格段に優れ、ミューオンの到来方向を約7°程度の精度で決定できるのに加え，検出面積が大きい（従来の観測の約10倍以上）ので，各々の入射方向毎の強度変動を高統計精度で観測できる点にある。そのため、これまで測定が困難であった宇宙線異方性の微細な空間構造を直接的に2次元で観測する事が可能となった。このような特徴を生かし、次のような研究を行っている。ひとつは太陽フレアやCME 等によって生じると推定される
Forbush Decrease (FD) と呼ばれる宇宙線強度の一時的減少の観測である。しかし2009
年は太陽活動が極小期にあたり、FDは観測されなかった。そこで、2009年はもうひとつの研究テーマである宇宙線恒星時異方性について解析し、太陽圏及び外部太陽圏とそれに続いて広がっている恒星間空間の電磁プラズマの様子を調査した。
3. テレスコープアレイ実験における最高エネルギー宇宙線の観測と装置の較正、データ解析
プログラムの開発、データ解析（荻尾、奥田、藤井、山﨑）
最高エネルギー宇宙線の日米韓露による国際共同観測プロジェクト、『テレスコープ
アレイ実験』は2008年3月から定常観測を開始した。本研究室は実験装置の設計・開発から現在まで研究グループの主力として本実験に参加している。2009年度の主な研究実績は以下の通りである。
① 装置の運用と観測実施② 大気蛍光望遠鏡用データ解析プログラムの開発の分担③ 地表検出器アレイ用データ解析プログラムの開発の分担④ 大気蛍光望遠鏡観測から極高エネルギー宇宙ニュートリノ探査⑤ 大気蛍光望遠鏡較正用可搬UVレーザーの開発
4. 大気中の荷電粒子カスケードシャワーからの分子制動放射の特性測定（荻尾、倉本）
全く新しいシャワー観測法の基礎研究を行う。その観測法とは、シャワー中の電子成

35分粒子からの分子制動放射（Molecular Bremsstrahlung Radiation、 MBR）を、特に4GHzマイクロ波帯（Cバンド、Kuバンド）で検出する方法である。この方法は現在までに提案されている電波検出法の中で唯一、空気シャワーの縦方向発達を測定できるほどの空間分解能を有することである。大気をターゲットとし、カロリメトリックなエネルギー推定と粒子種判別を実現でき、duty factor=100%となる可能性を持った新しい空気シャワー検出法の基礎研究を行う。本年度はKuバンド、Cバンドの試作望遠鏡とパワーセンサーを製作
し、太陽からの電波を観測することで望遠鏡の指向性を測定した。

教育・研究業績
学術論文
1. “Measurement of some EAS properties using new scintillator detectors developed for the
GRAPES-3 experiment”, S. K. Gupta, et al., Astropart. Phys. 31(2009), 24-36
2. “Measurement of Ultra-high Energy Cosmic Rays by Telescope Array”, H. Kawai, et al., JPSJ
78(2009) Supple. A, 108-113
3. “Trigger and data acquisition electronics of the Telescope Array fluorescence detectors”, Y.
Tameda et al., NIM A 609(2009), 227-234
国際会議会議録
1. J. N. Matthews, et al., “Overview of the Telescope Array Experiment”, Proceedings of the 31th
International Cosmic Ray Conference, 1386(2009)
2. T. Nonaka, T. Okuda and H. Sagawa, “Performance of TA Surface Array”, Proceedings of the
31th International Cosmic Ray Conference, 0974(2009)
3. H. Tokuno, et al., “Performance of the Fluorescence Detector of the Telescope Arrayexperiment”, Proceedings of the 31th International Cosmic Ray Conference, 0942(2009)
4. D. Ikeda, et al., “Hybrid Measurement of the Telescope Array Experiment”, Proceedings of the
31th International Cosmic Ray Conference, 0857(2009)
5. P. Tinyakov, et al., “Search for large-scale anisotropy of ultra-high energy cosmic rays with theTelescope Array first year data”, Proceedings of the 31th International Cosmic Ray Conference,
1118(2009)
6. N. Sakurai, et al., “Distribution of arrival directions obtained from the first year data of
Telescope Array”, Proceedings of the 31th International Cosmic Ray Conference, 0709(2009)
7. Y. Tameda, et al., “Mass Composition Study of Ultra-high Energy Cosmic Ray with theTelescope Array Fluorescence Detector Stereo Events”, Proceedings of the 31th International
Cosmic Ray Conference, 0835(2009)
8. S. Ogio, et al., “Temperature characteristics of PMTs and calibration light sources for the
Telescope Array Fluorescence Detectors”, Proceedings of the 31th International Cosmic Ray
Conference, 0811(2009)
9. A. Taketa, et al., “The trigger and DAQ system of the surface detector array of the Telescope
Array experiment”, Proceedings of the 31th International Cosmic Ray Conference, 0924 (2009)
10. S.K. Gupta, et al., "Current status of the expanded GRAPES collaboration at Ooty in India",
Proceedings of the 31th International Cosmic Ray Conference, 1461 (2009)
11. A. Oshima, et al., "Gamma ray point source search by GRAPES-3 experiment", Proceedings ofthe 31th International Cosmic Ray Conference, 1528 (2009)
12. A. Oshima, et al., "Study of an angular resolution of GRAPES-3 array", Proceedings of the 31th
International Cosmic Ray Conference, 1527(2009)
13. H. Kojima, et al., "Three dimensional structure of correlations between intensity variation ofcosmic rays and solar wind velocity", Proceedings of the 31th International Cosmic Ray
Conference, 1102 (2009)
14. P.K. Mohanty, et al., "Title: Study of the GRAPES-3 sensitivity to Crab nebula at Multi TeV withexpanded muon detector", Proceedings of the 31th International Cosmic Ray Conference, 1180
(2009)
15. M. Minamino, et al., "Upper limit on the isotropic gamma-ray flux using GRAPES-3 experiment",
Proceedings of the 31th International Cosmic Ray Conference, 1089 (2009)36

国際会議講演1. 荻尾彰一：「Temperature characteristics of PMTs and calibration light sources for the
Telescope Array Fluorescence Detectors」、ポスター発表、第31回宇宙線国際会議、ポーラ
ンド共和国・ウッジ大学
2. 南野真容子：「Upper Limit on the Diffuse Gamma Ray Flux using GRAPES-3 Experiment」、
口頭発表、第31回宇宙線国際会議、ポーランド共和国・ウッジ大学
学会・研究会講演
1. 荻尾彰一：招待講演「テレスコープアレイ実験による北天極高エネルギー宇宙線観測の現状と最新結果」日本物理学会2009年秋季大会 甲南大学
2. 藤井俊博、他Telescope Array Collaboration：「TA実験161：FDイベント再構成とエネルギー決定」日本物理学会2009年秋季大会 甲南大学
3. 南野真容子、他GRAPES-3 Collaboration：「Ooty空気シャワー実験27(銀河面方向からの拡散ガンマ線観測)」日本物理学会2009年秋季大会 甲南大学
4. 小島浩司、他GRAPES-3 Collaboration：「大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度変動の研究(9)」日本物理学会2009年秋季大会 甲南大学
5. 小島浩司、他GRAPES-3 Collaboration：「大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度変動の研究(10)」日本物理学会 第65回年次大会 岡山大学

学位論文
修士論文
1. 藤井俊博：「テレスコープアレイ大気蛍光望遠鏡のためのイベント再構成ソフトウェアの開発と極高エネルギーニュートリノ探査」

研究助成金取得状況
1. 荻尾彰一：科学研究費補助金・特別推進研究「最高エネルギー宇宙線で探る宇宙極高現象」(H21~25年度) 研究分担者、H21年度分担金：25,130千円
2. 荻尾彰一：科学研究費補助金・基盤(B)「可搬UVレーザーを用いたTA実験大気蛍光望遠鏡の較正」研究代表者、H21年度：1,600千円
3. 荻尾彰一：科学研究費補助金・挑戦的萌芽「大気中の荷電粒子カスケードシャワーからの分子制動放射の特性測定」研究代表者、H21年度：1,300千円
4. 荻尾彰一、林嘉夫：東京大学宇宙線研究所共同利用研究費「可搬Nd:YAGレーザーを用いたTA大気蛍光望遠鏡の較正」研究代表者（荻尾）、研究分担者（林）、1,150千円
5. 小島浩司、林嘉夫：東京大学宇宙線研究所共同利用研究費「大型ミューオンテレスコー
プによる銀河宇宙線強度の観測」研究代表者（小島）、研究分担者（林）、450千円
6. 小島浩司：名古屋大学太陽地球環境研究所共同利用研究費「大型多方向ミューオン望遠
鏡による銀河宇宙線強度の観測」研究代表者、60千円
7. 小島浩司：名古屋大学太陽地球環境研究所リーダーシップ経費「日印両国に設置した超大型ミューオン望遠鏡による宇宙線強度の空間変動と惑星間空間におけるCMEの素過程の研究大型多方向ミューオン望遠鏡による銀河宇宙線強度の観測」研究代表者、750千円

海外出張および海外研修
1. 藤井俊博：米国ユタ州テレスコープアレイ実験観測所、2009年4月11日－2009年7月8日、最高エネルギー宇宙線観測の実施、共同研究者会議に参加し研究打ち合わせ。
2. 奥田剛司：米国ユタ州テレスコープアレイ実験観測所、2009年5月11日－2009年7月8日、最高エネルギー宇宙線観測の実施、共同研究者会議に参加し研究打ち合わせ。
3. 荻尾彰一：米国ユタ州ユタ大学、2009年6月3日－2009年6月8日、国際共同研究「テレスコープアレイ実験」の共同研究者会議に参加し研究打ち合わせ。

37

4. 荻尾彰一：ポーランド共和国ウッジ市ウッジ大学、2009年7月7日－2009年7月17日、第31回宇宙線国際会議への参加、研究発表。
5. 南野真容子：ポーランド共和国ウッジ市ウッジ大学、2009年7月7日－2009年7月17日、第31回宇宙線国際会議への参加、研究発表。
6. 林嘉夫：インド・タタ基礎研究所、2009年8月9日－9月28日、日本インド共同実験GRAPES-3
空気シャワー観測実施および共同研究
7. 荻尾彰一：米国ユタ州ユタ大学、2010年3月3日－2010年3月8日、国際共同研究「テレスコープアレイ実験」の共同研究者会議に参加し研究打ち合わせ。
8. 藤井俊博：米国ユタ州ユタ大学、2010年3月3日－2010年3月8日、国際共同研究「テレスコープアレイ実験」の共同研究者会議に参加し研究打ち合わせ。
9. 奥田剛司：米国ユタ州ユタ大学、2010年3月3日－2010年3月8日、国際共同研究「テレスコープアレイ実験」の共同研究者会議に参加し研究打ち合わせ。
（＊）注：櫻井信之特任助教は2010年5月より本研究室の所属となった。
したがって、本年次報告には櫻井氏の2009年度の業績は含まれていない。

38

高エネルギー物理学研究室
奥沢 徹
清矢 良浩
山本 和弘
脇坂 隆之
濵口 敦成

教授
准教授
准教授
(研究生)
(D2)

尾崎 称 (M2)田代 一晃 (M2)吉田 美奈 (M2)
松村 知恵 (M1)
大和 大祐 (M1)山本 将士 (M1)

中居 貴士
(B4)
中嶋 一八
(B4)
プラドウ スラキア (B4)

研究概要
1. 陽子・反陽子衝突型加速器を用いた素粒子実験（奥沢，清矢，山本和，脇坂，濵口，吉田，大和，山本将，プラドウ）
日米科学技術協力事業の一環として行われている米国フェルミ国立加速器研
究所の陽子・反陽子衝突型加速器テバト
ロンと汎用型素粒子検出器CDFを用いた実験を継続遂行した． 本年度も，世界最高 重 心 系 衝 突 エ ネ ル ギ ー 1.96TeV で の「Run II」と呼ばれるデータ収集作業が，シフト体制のもと，24時間・無休で順調に行われている．加速器ビーム強度は安定して1032 cm−2/sec（例えば，弱い相互作用の媒介粒子であるWボソンを毎秒平均2個生成できる）を超えており，2010年3月には3.80×1032 cm−2/secを達成するなど，
図1：CDFにおける積分ルミノシティ．
陽子・反陽子衝突型加速器としての世界記録を随時更新している．積分ルミノシ
ティも2010年3月現在で約7000 pb−1となり，この内，磁気テープに保存され，データ解析に使用可能な分が約6000 pb−1まで蓄積された (図1)．
研究内容は大別して，強い相互作用・電弱相互作用・B中間子等フレーバー物理・トッ
プクォーク・新現象探索であるが，本年度も続々と新しい結果を得ている．特に，当研究室が直接行っている中性ヒッグス粒子探索は，

pp → W ± h0 → W ± (W ∗+W ∗− ) →  ±  ± + X
で表される反応過程に着目しており，ヒッグス粒子（ h0 ）の生成と崩壊には W ボソンとの結合のみが関与するという特徴を持つ．終状態としては， W ボソンのレプトン崩壊からの電子あるいは μ 粒子を 2 つ含み，かつそれらが同符号の電荷を持つものを選択している．これは，陽子・反陽子衝突等のいわゆるハドロン衝突事象においてはレプトンの存在，さらに 2 つのレプトンの同符号条件が背景事象を抑えるために有効だからである．この様な反応過程は，素粒子物理学の標準模型においてはヒッグス粒子の質量が 130 GeV/c2 以上と比較的重い場合に有効になる．軽い場合は， h0 → bb のように，b クォーク・反 b クォーク対への崩壊が主要なモードになり， h0 → W ∗+W ∗− は感度を失う．しかし，ヒッグス粒子がフェルミオンと結合しない場合（fermiophobic）には， h0 → bb は禁止されるため状況は一変し，広い質量領域での探索可能性が生まれることになる．さて，この探索研究の今年度の活動において，終状態に存在するレプトン（電子や μ 粒子）の同定を likelihood による方法に変更し，SN 比を 2 倍以上に大幅に改善することに成功した．また，我々は最終段階のヒッグス粒子生成事象選別の最適化を Boosted Decision Tree (BDT) という手法で行っている．これは，事象選別に有効39であると期待される検出器の信号や物理的変数のしきい値を，多次元空間内において最適化し，与えられた事象が持つ多次元空間内の情報を適当に数値化して出力するものである．背景事象の最も大きい成分は，
偽のレプトンを含む事象であり，それらの選別に対応する BDT の導入は完了している．今年度は，主要な背景事象の 1 つである WZ 生成に特化した BDT を新たに加え，
BDT 解析の 2 次元を試みた．これは現在も継続中であり，データ統計量の更新とともに，最新の結果を来年度に得る予定である． 図2：実験で得られた，標準模型ヒッグス粒子生成断面
これらと平行して，レプトンの検出領域を積に対する比の上限値（黒線）．上限値が1を下回れば，前方まで拡張すること，WZ 事象の理解の対応する質量の標準模型ヒッグス粒子は存在しないとためにその断面積を求めること，さらに，結論される．
新たな現象である超対称性粒子生成事象が存在した場合の影響の評価などを行った．
CDF実験では，上の我々の解析も含めて様々な反応モードを用いて標準模型ヒッグス粒子を探している．これらの解析結果と，テバトロン加速器によるもう１つの国際協力実験グ
ループDZeroの解析結果を合わせた現時点の総合的な結果を図2 に示す．標準模型ヒッグス粒
子は質量 162~166 GeV/c2 において95%の信頼度で排除された．
当研究室が手がけているもう1つの解析は，fermiophobic higgs をより前面に出している．
これは Two Higgs-Doublet Model (2HDM) Type-I と呼ばれるモデルに現れる中性ヒッグス粒子（ h0f ）の探索研究であり，pp → H + h0f → W ∗+ h0f h0f → 4γ + Xという生成崩壊過程によって終状態に4つの γ が現れる極めて特徴的なモードを用いている．こちらの解析は，本年度も背景事象の評価方法の検討を中心に進められた．
次に，CDF実験のその他の研究結果の中から b クォークを含むハドロンに関する研究を2つ紹介する．１つめは，Bs → J /ψφの崩壊において観測される CP 非保存の研究である．ここで，Bs は 反 b クォー
クと s クォークからなる中性 B 中間子
であり，CP とは荷電共役変換とパリティー変換の積である．この中性 B 中間子は，電気的には中性であるが，それに対応す
る反粒子状態 Bs が存在し，相互に遷移

図3：実験で得られた， Bs → J /ψφ における CP 非保存の角度パラメター βs と寿命の逆数差 ∆Γ の可
能な値の領域．青線の中が，68% の信頼度で期待される領域．黒点は標準模型による計算を，理論の不定性と共に示したもの．新粒子が存在すると，標準模型のを繰り返した後に崩壊する．CP 非保存は
これらの粒子と反粒子の性質に非対称性があることを意味する．この CP 非保存計算結果とは異なり，緑色で示された領域のどこかに見出されると期待される．

40

を表すパラメターとして角度の次元を持つ βs が用いられ，その値が 0 でなければ CP 非保存である．また，不安定な粒子・反粒子という 2 粒子系においては，一般的には寿命も 2 つあり，それらの逆数の差を ΔΓ と表す．この 2 つのパラメターには相関があるため，2 次元平面上ではある 1 点で表されることになる．これらのパラメターを測定し，いわゆる標準模型による計算と比較することによって，小林・益川理論の検証を行う．さらに，超対称性粒子などの新しい物理現象が存在すると，崩壊にいたるまでの中間状態に影響を与え，標準模型が予想する値からずれるため，新しい物理の探索研究も可能である．図 3 に CDF による解析結果を示す．統計が十分ではないため，ある一定の（例えば 68% の）確率的信頼度に対するパラメターの可能な領域が示されている．標準模型の計算によれば，βs = 0.02 rad と予想されているが，解析結果は 1.8 σ 程度ずれており，今後の解析結果が注目される．
次に，2 つめの研究として，非常に稀な崩壊モード

B → K ( ∗) µ + µ − ,Bs → φ µ + µ −における，前方後方非対称性の研究を述べる．これは，崩壊により生ずる，例えば負の電荷を持つ μ 粒子の方向が，2 つの μ 粒子の重心系に変換した場合に，前方を向くものと後方を向くものの数をかぞえてその違いを測定する．ここでも標準模型の計算との比較をし，ずれがあれば新現象の発見となる．これは，上にあげた反応の中の B → K (∗) µ + µ − については，B ファクトリーと呼ばれる電子・陽電子衝突実験で既に行われ，標準模型からのある程度のずれが観測されたため話題になっている研究であり，CDF 実験による確認と，B ファクトリーでは不可能
な Bs → φ µ + µ − についてはどのような

図4：実験で得られた， B 0 → K ∗0 µ + µ − における前方後結果が得られるか，という点で注目されている．
図 4 に，CDF の測定結果を示す．
主に統計による誤差が大きく，確定的なことはまだ言えない．特に，Bs → φ µ + µ −方非対称性を，2つのミュー粒子で構成される不変質量の関数として表したもの．黒点が測定値，赤線は標準模型による予想，青線は超対称性粒子が存在した場合の例
を表している．青線に関しては，理論計算に現れるパラについては統計が少なく，今のところ反応数を得たのみで，前方後方非対称性の測定には至ってはいない．しかし，この研究も今後の解析結果に興味が持たれる．

メターが，多くの超対称性理論においては標準模型の値の符号を換えたものに近いことによる．緑色の影は，ノイズとなる背景事象を考慮して解析から除いた部分を表す．

2. 長基線ニュートリノ振動実験（奥沢，清矢，山本和，尾崎，田代，松村）
昨年度に引き続き，ニュートリノ振動現象を探る T2K 実験の準備を進め，今年度は測定器系の建設とコミッショニングがほぼ終了したので，以下に詳細を報告する．T2K 実験は，
茨城県東海村に建設された J-PARC から岐阜県飛騨市神岡町のスーパーカミオカンデに向けてニュートリノビームを打ち込み，その間の 295km を進む間にニュートリノが別のフレーバ
ーに振動する現象を詳しく調べる実験である．J-PARC で作られるニュートリノビームは，高エネルギー陽子をグラファイト標的に衝突させた際に生じる荷電パイ中間子の崩壊 π+ → μ+
+ νμ によって生成され，非常に純度の高い νμ が得られる．νμ フラックスの消失現象から θ2341

図5: T2K実験のセットアップの概略図と Δm232 の精密測定を行い，さらに，未発見のνe 出現現象を確認することで θ13 の測定を行う．
図 5 に，実験における測定器の位置関係を示した概略を示す．図から分かるように，生成されたニュートリノは J-PARC の敷地内とスーパー
カミオカンデの 2 つの地点で観測される．加速器のすぐ近くでニュートリノが振動する以前の陽子を詳しく調べておき，これをスーパーカ
ミオカンデでの観測結果と比較することで，振動の大きさなどを知ることができる．J-PARCの敷地内の検出器は“前置検出器”と呼ばれており，前置検出器はさらに図 6 のように，ニュートリノビームの中心軸上にある INGRID と，
スーパーカミオカンデとの直線上にある
ND280 に分かれている．ニュートリノビームの中心軸はスーパーカミオカンデの方向から
僅かに 2.5°だけずらせてあり，これによってスーパーカミオカンデに向かうニュートリノのエネルギーを，狭い範囲に絞ることができる．
ニュートリノのエネルギーは，スーパーカミオ
カンデでの振動確率が最大になることが期待される 0.65GeV に設定されており，これが 2.5°の角度に対応している．
2009 年 4 月にニュートリノビームの生成試験に成功した後は，前置検出器の完成に向けて精力が傾けられ，大阪市立大学グループは京都大学を中心としたグループに加わり，
INGRID の建設に携わった．INGRID は，プラスチックシンチレーターのトラッキングプレーンと鉄標的を交互に重ね合わせたサンドイッチ構造をしており，鉄標的でニュートリノが荷電カレント準弾性散乱(CCQE 反応: νμ + n→ μ− + p)を起こして生成されたミューオンの飛跡を観測することで，ニュートリノビームのプロファイルや中心軸の位置，及びビーム強度をモニターする．2009 年 8 月に主要部分にインストールが完了し，11 月のビームコミッシ
ョニング時には，INGRID で初めてのニュート
リノ反応事象が観測された．(図 7)42

図6: T2K 前置検出器．ニュートリノビームの中心軸上に置かれたINGRIDと，中心軸から2.5°ずれた軸上（スーパーカミオカンデへの直線上）におかれたND280から成る．
J-PARCの敷地内に掘られたピットに設置されている．

図7: INGRIDで初めて観測されたニュートリノ反応事象．赤い点が荷電粒子のヒットを表している．

図8: ND280で観測されたニュートリノ反応事象の例．

図9: スーパーカミオカンデで観測された，J-PARCのビーム由来と考えられる
ニュートリノ反応事象．

ND280 はスーパーカミオカンデへの直線上に置かれており，スーパーカミオカンデに向かうニュートリノビームのエネルギー分布と強度，及び νe などのバックグラウンドの混入率を測定することが主な目的である．そのために，ND280 は分析用双極電磁石や飛跡検出器，
電磁カロリーメータなどの検出器の複合体となっており，INGRID と同じくニュートリノのCCQE 反応を測定を行う．2009 年 12 月にはほぼ建設が完了し，図 8 に示すようなニュートリノ反応が観測されている．
2010 年 1 月には T2K 実験の物理ランが始まり，データ収集が開始された．スーパーカミ
オカンデに向けて射出されたニュートリノの統計も徐々に上がっていき，2010 年 2 月には，
スーパーカミオカンデにおいて J-PARC のビーム由来と考えられるニュートリノの検出に成功した．図 9 にそのイベントディスプレイを示す．ニュートリノが水と中性弱カレント反応を起こし π0 中間子を生成した事象と考えられる．今後は，データ収集の継続とともにデータ
解析の環境を整え，2010 年中に T2K 実験最初の物理結果を得ることを予定している．

43

教育・研究業績
学術論文
1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.
10.

11.
12.

13.

14.
15.

16.

17.

T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Topquark mass measurement in the lepton plus jets channel using a modified matrix element method”,
Phys. Rev. D 79, 072001 (2009).
T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Measurement of the top quark mass at CDF using the “neutrino ϕ weighting” template method on a
lepton plus isolated track sample”, Phys. Rev. D 79, 072005 (2009).
T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Topquark mass measurement in the 𝑡𝑡̅ all hadronic channel using a matrix element technique in 𝑝𝑝̅
collisions at √𝑠 = 1.96 TeV”, Phys. Rev. D 79, 072010 (2009).
T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Search
for Top-Quark Production via Flavor-Changing Neutral Currents in W+1 Jet Events at CDF”, Phys.
Rev. Lett. 102, 151801 (2009).
T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Measurement of the Top-Quark Mass with Dilepton Events Selected Using Neuroevolution at CDF”,
Phys. Rev. Lett. 102, 152001 (2009).
T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Measurement of the b-hadron production cross section using decays to μ-D0X final states in 𝑝𝑝̅
collisions at √𝑠 = 1.96 TeV”, Phys. Rev. D 79, 092003 (2009).
T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “First
simultaneous measurement of the top quark mass in the lepton+jets and dilepton channels at CDF”,
Phys. Rev. D 79, 092005 (2009).
T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Direct
Measurement of the W Production Charge Asymmetry in 𝑝𝑝̅ Collisions at √𝑠 = 1.96 TeV”, Phys.
Rev. Lett. 102, 181801 (2009).
T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Search
for the Decays B(s)0→e+μ- and B(s)0→e+e- in CDF Run II”, Phys. Rev. Lett. 102, 201801 (2009).
T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Search
for new particles decaying into dijets in proton-antiproton collisions at √𝑠 = 1.96 TeV”, Phys. Rev. D
79, 112002 (2009).
A. Abulencia, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Measurement of theratio of branching fractions B(B±→J/ψπ±)/B(B±→J/ψK±)”, Phys. Rev. D 79, 112003 (2009).
T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Measurement of particle production and inclusive differential cross sections in 𝑝𝑝̅ collisions at √𝑠= 1.96 TeV”, Phys. Rev. D 79, 112005 (2009).
T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Measurement of the 𝑡𝑡̅ cross section in 𝑝𝑝̅ collisions at √𝑠 = 1.96 TeV using dilepton events witha lepton plus track selection”, Phys. Rev. D 79, 112007 (2009).
T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Search
for WW and WZ production in lepton plus jets final state at CDF”, Phys. Rev. D 79, 112011 (2009).
T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Search
for Gluino-Mediated Bottom Squark Production in 𝑝𝑝̅ Collisions at √𝑠 = 1.96 TeV”, Phys. Rev.
Lett. 102, 221801 (2009).
T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Search
for Exclusive Z-Boson Production and Observation of High-Mass 𝑝𝑝̅ →𝑝𝛾𝛾𝑝̅ →p+−𝑝̅ Events in
Collisions at √𝑠 = 1.96 TeV”, Phys. Rev. Lett. 102, 222002 (2009).
T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “First
Measurement of the 𝑡𝑡̅ Differential Cross Section dσ/dMttbar in 𝑝𝑝̅ Collisions at √𝑠 = 1.96 TeV”,
Phys. Rev. Lett. 102, 222003 (2009).

44

18. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Measurement of the kT Distribution of Particles in Jets Produced in 𝑝𝑝̅ Collisions at √𝑠 = 1.96
TeV", Phys. Rev. Lett. 102, 232002 (2009).
19. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Observation of Exclusive Charmonium Production and γγ→μ+μ− in 𝑝𝑝̅ Collisions at √𝑠 = 1.96
TeV”, Phys. Rev. Lett. 102, 242001 (2009).
20. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Evidence for a Narrow Near-Threshold Structure in the J/ψϕ Mass Spectrum in B+→J/ψϕK+ Decays”,
Phys. Rev. Lett. 102, 242002 (2009).
21. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Searching the inclusive γE/ T + b-quark signature for radiative top quark decay and non-standardmodel processes”, Phys. Rev. D 80, 011102(R) (2009).
22. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Searchfor standard model Higgs boson production in association with a W boson using a neural network
discriminant at CDF”, Phys. Rev. D 80, 012002 (2009).
23. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Searchfor Long-Lived Massive Charged Particles in 1.96 TeV 𝑝𝑝̅ Collisions”, Phys. Rev. Lett. 103, 021802(2009).
24. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Observation of New Charmless Decays of Bottom Hadrons”, Phys. Rev. Lett. 103, 031801 (2009).
25. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Search
for the Production of Narrow t𝑏� Resonances in 1.9 fb−1 of 𝑝𝑝̅ Collisions at √𝑠 = 1.96 TeV”, Phys.
Rev. Lett. 103, 041801 (2009).
26. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Production of ψ(2S) mesons in 𝑝𝑝̅ collisions at 1.96 TeV”, Phys. Rev. D 80, 031103(R) (2009).
27. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Search
for a Fermiophobic Higgs Boson Decaying into Diphotons in 𝑝𝑝̅ Collisions at √𝑠 = 1.96 TeV”,
Phys. Rev. Lett. 103, 061803 (2009).
28. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “First
Observation of Vector Boson Pairs in a Hadronic Final State at the Tevatron Collider”, Phys. Rev. Lett.
103, 091803 (2009).
29. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Observation of Electroweak Single Top-Quark Production”, Phys. Rev. Lett. 103, 092002 (2009).
30. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Measurement of the top quark mass using the invariant mass of lepton pairs in soft muon b-tagged
events”, Phys. Rev. D 80, 051104(R) (2009).
31. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Search
for the neutral current top quark decay t → Zc using the ratio of Z-boson + 4 jets to W-boson + 4 jets
production”, Phys. Rev. D 80, 052001 (2009).
32. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Search
for anomalous production of events with a photon, jet, b-quark jet, and missing transverse energy”,
Phys. Rev. D 80, 052003 (2009).
33. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Searchfor hadronic decays of W and Z bosons in photon events in 𝑝𝑝̅ collisions at √𝑠 = 1.96 TeV", Phys.
Rev. D 80, 052011 (2009).
34. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Search
for a Standard Model Higgs Boson in WH → ν𝑏𝑏� in 𝑝𝑝̅ Collisions at √𝑠 = 1.96 TeV”, Phys. Rev.
Lett. 103, 101802 (2009).
35. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Search
for Charged Higgs Bosons in Decays of Top Quarks in 𝑝𝑝̅ Collisions at √𝑠 = 1.96 TeV”, Phys. Rev.
Lett. 103, 101803 (2009).

45

36. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Search
for the Higgs boson produced in association with Z→+− using the matrix element method at CDF II”,
Phys. Rev. D 80, 071101(R) (2009).
37. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Observation of the Ωb− baryon and measurement of the properties of the Ξb− and Ωb− baryons”, Phys.
Rev. D 80, 072003 (2009).
38. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Precision Measurement of the X(3872) Mass in J/ψπ+π− Decays”, Phys. Rev. Lett. 103, 152001(2009).
39. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “First
Observation of 𝐵�𝑠0 →Ds±K∓ and Measurement of the Ratio of Branching Fractions B(𝐵�𝑠0 →Ds±K∓)/B(𝐵�𝑠0 →Ds+π−)”, Phys. Rev. Lett. 103, 191802 (2009).
40. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Searchfor Higgs Bosons Predicted in Two-Higgs-Doublet Models via Decays to Tau Lepton Pairs in 1.96
TeV 𝑝𝑝̅ Collisions", Phys. Rev. Lett. 103, 201801 (2009).
41. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Search
for the Associated Production of the Standard-Model Higgs Boson in the All-Hadronic Channel”,
Phys. Rev. Lett. 103, 221801 (2009).
42. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Measurement of the inclusive isolated prompt photon cross section in 𝑝𝑝̅ collisions at √𝑠 = 1.96
TeV using the CDF detector”, Phys. Rev. D 80, 111106(R) (2009).
43. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Search
for Supersymmetry with Gauge-Mediated Breaking in Diphoton Events with Missing Transverse
Energy at CDF II”, Phys. Rev. Lett. 104, 011801 (2010).
44. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Measurement of the top quark mass in the dilepton channel using mT2 at CDF”, Phys. Rev. D 81,
031102(R) (2010).
45. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Measurements of branching fraction ratios and CP asymmetries in B±→DCPK± decays in hadroncollisions”, Phys. Rev. D 81, 031105(R) (2010).
46. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Measurements of the top-quark mass using charged particle tracking”, Phys. Rev. D 81, 032002(2010).
47. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration, D0
Collaboration): “Combination of Tevatron Searches for the Standard Model Higgs Boson in the W+WDecay Mode”, Phys. Rev. Lett. 104, 061802 (2010).
48. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Inclusive Search for Standard Model Higgs Boson Production in the WW Decay Channel Using the
CDF II Detector”, Phys. Rev. Lett. 104, 061803 (2010).
49. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Study of
the associated production of photons and b-quark jets in 𝑝𝑝̅ collisions at √𝑠 = 1.96 TeV”, Phys. Rev.
D 81, 052006 (2010).
50. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Measurement of the top quark mass and p𝑝̅ → 𝑡𝑡̅ cross section in the all-hadronic mode with the
CDF II detector”, Phys. Rev. D 81, 052011 (2010).
51. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Searchfor New Bottomlike Quark Pair Decays 𝑄𝑄�→(tW∓)(𝑡̅W±) in Same-Charge Dilepton Events”, Phys.
Rev. Lett. 104, 091801 (2010).
52. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Measurement of the WW+WZ Production Cross Section Using the lepton+jets Final State at CDF II”,
Phys. Rev. Lett. 104, 101801 (2010).

4653. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration):“Measurement of the Λb0 Lifetime in Λb0→Λc+π− Decays in 𝑝𝑝̅ Collisions at √𝑠 = 1.96 TeV”, Phys.
Rev. Lett. 104, 102002 (2010).
54. T. Aaltonen, T. Okusawa, Y. Seiya, T. Wakisaka, K. Yamamoto et al. (CDF Collaboration): “Search
for Technicolor Particles Produced in Association with a W Boson at CDF”, Phys. Rev. Lett. 104,
111802 (2010).

国際会議講演
1. 濵口 敦成：“Search for Fermiophobic Higgs in the 4γ+X Final State”, アメリカ物理学会,
2009年5月2日～5日, Denver, Colorado, USA
2. 山本 和弘：“Higgs Searches at the Tevatron”（招待講演），Strong Coupling Gauge Theories in LHC
Era (SCGT09)，2009年12月8日～11日，名古屋大学
3. 濵口 敦成：“Search for Fermiophobic Higgs in the 4γ+X Final State”, アメリカ物理学会, 2010年
2月13日～16日，Washington D.C., USA

学会･研究会会議録
1. K. Yamamoto for the T2K Collaboration : “Present Status of the T2K Experiment”, 素粒子論研究
117(3), C39-C41 (2009).

学会・研究会講演
1. 吉田 美奈：「Multivariate Analysis for Lepton Identification at CDF」，日本物理学会， 2009年
9月10日～13日，甲南大学
2. 田代 一晃：「T2K実験でのミューオン検出器としてのダイヤモンド製検出器の性能評価実験の結果」，日本物理学会，2009年9月10日～13日，甲南大学
3. 清矢 良浩：「テバトロンでの B 物理」（招待講演），関西中部 B 中間子の物理研究会，
2009年11月5日，奈良女子大学
4. 吉田 美奈：
「Multivariate Analysis for Lepton Identification by the Collider Detector at Fermilab」，
学内重点研究「『アインシュタインの物理』でリンクする研究・教育拠点」研究会， 2010年
2月20日～22日，セミナーハウス未来塾，和歌山県海草郡紀美野町
5. 大和 大祐：「Introduction to Proton-Antiproton Collider Physics」，学内重点研究「『アインシュタインの物理』でリンクする研究・教育拠点」研究会，2010年2月20日～22日，セミナー
ハウス未来塾，和歌山県海草郡紀美野町
6. 山本 和弘：「大強度ニュートリノ実験に向けたダイヤモンド検出器の研究開発」，特定領域「フレーバー領域の新展開」研究会，2010年2月22日～24日，オーシャンビュー大洗，茨城
県大洗町
7. 尾崎 称：「T2K長基線ニュートリノ振動実験におけるINGRID検出器を用いたニュートリノ
イベントの探索」，特定領域「フレーバー領域の新展開」研究会，2010年2月22日～24日，
オーシャンビュー大洗，茨城県大洗町
8. 清矢 良浩：「CDF実験のヒッグス粒子探索の結果」（招待講演），日本物理学会，2010年
3月20日～23日，岡山大学
9. 脇坂 隆之：「CDF実験における Wh→WWW によるヒッグス粒子探索」，日本物理学会，2010年3月20日～23日，岡山大学
10. 吉田 美奈：「Multivariate Analysis for Lepton Identification at CDF」，日本物理学会， 2010年
3月20日～23日，岡山大学
11. 大和 大祐：「Plug Lepton Tagging Using Likelihood Method at CDF」，日本物理学会，2010年
3月20日～23日，岡山大学
12. 松村 知恵：「T2K実験ニュートリノモニターINGRIDの性能評価」，日本物理学会，2010年

47

3月20日～23日，岡山大学

その他【国際共同研究グループ内口頭発表（英語）】
1. 脇坂 隆之：CDF Higgs Discovery Group：2009年6月19日，2010年1月8日
2. 濵口 敦成：CDF Very Exotic Phenomena and Photon Group：2009年4月13日，4月28日，6月16日，6月30日，7月14日，10月6日，2010年1月28日
3. 吉田 美奈：CDF Higgs Discovery Group：2009年7月10日

学位論文
卒業論文
1. 中居 貴士：「Scintillating fiber bundle 中のμ+の寿命測定」
2. 中嶋 一八：「Scintillating fiber bundle による宇宙線ミューオンの偏極度の測定」
3. プラドウ スラキア：「Like-Sign Dilepton 解析を用いた超対称性粒子生成事象の探索」
修士論文
1. 尾崎 称：「T2K 長基線ニュートリノ振動実験における INGRID 検出器によるニュートリ
ノイベントの探索」
2. 吉田 美奈：「Multivariate analysis for lepton identification at CDF」
博士論文
1. 脇坂 隆之：「Search for the Wh Production Using High-pT Isolated Like-Sign Dilepton Events in
1.96-TeV Proton-Antiproton Collisions」

研究助成金取得状況
1. 日米科学協力事業費「陽子･反陽子衝突型加速器を用いる実験」280万円
2. 山本 和弘：特定領域研究「次世代ニュートリノ実験でのミューオンモニター用ダイヤモン
ド検出器の研究」90万円

海外出張および海外研修
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

濵口 敦成：米国フェルミ国立加速器研究所，2009年4月1日～2010年3月31日，陽子・反陽子
衝突型加速器を用いる実験CDF
清矢 良浩：米国フェルミ国立加速器研究所，2009年8月13日～9月14日，陽子・反陽子衝突型加速器を用いる実験CDF
山本 和弘：米国フェルミ国立加速器研究所，2009年11月2日～11月18日，陽子・反陽子衝突型加速器を用いる実験CDF
吉田 美奈：米国フェルミ国立加速器研究所，2009年11月2日～11月18日，陽子・反陽子衝突型加速器を用いる実験CDF
脇坂 隆之：米国フェルミ国立加速器研究所，2009年12月11日～2010年2月15日，陽子・反陽子衝突型加速器を用いる実験CDF
清矢 良浩：米国フェルミ国立加速器研究所，2009年12月4日～2010年1月11日，陽子・反陽子衝突型加速器を用いる実験CDF
清矢 良浩：米国フェルミ国立加速器研究所，2010年3月3日～3月17日，陽子・反陽子衝突型加速器を用いる実験CDF

48

重力波実験物理学研究室
神田 展行
岡田 雄太
宮本 裕児

教授
(B4)
(B4)

研究概要
本研究室では、重力波検出実験 LCGT 計画と DECIGO 実験を中心に研究を進めている。LCGTは東大宇宙線研究所をホストとした共同研究で、神岡鉱山内に基線長 3km ×２のレーザー干渉計を建設する計画である。また DECIGO はスペースにおいてより低周波数の重力波観測をめざす将来計画で、国立天文台、宇宙科学研究所ほかを中心とした共同研究である。我々の主たる研究は、天体からの重力波検出を目的としたデータ解析である。
また 2008 年度からは、KEK 低温グループとアクシオン探索実験にも着手した。

1. レーザー干渉計将来計画 LCGT（神田）
日本の重力波実験の将来計画である LCGT について計画準備をおこなっている。 LCGT
は、低温サファイア鏡を特徴として、神岡鉱山の地下に 3km のレーザー干渉計を建設する計画である。
重力波の種類として、連星中性子星や連星ブラックホールの合体から放出される重力波の波
形はチャープ波形、パルサーから放出される重力波の波形は連続波形と呼ばれ、それらは理論的に予測できるために、波形テンプレートとの相関を取るマッチドフィルタリングという手法による探索が可能である。
昨年度におこなった干渉計方式と検出レンジの設定についての議論は、今年度はコラボレー
ション内の検討グループにより定量的な議論が進み、最終的な結論として、Broadband お
よび Detuned の両方式に対応可能な可変型の RSE 方式をとり、中性子星連星合体探索のために最初は Detuned 方式を進めることになった。この作業グループにおいて、主に検出レンジの計算と、イベント検出数の予想を中心に受け持った。

Strain equivalent noise spectrum [1/rHz]

VRSE (Detuned)
VRSE (Broadband)

10

10

10

10

10

10

Binary inspiral:
1.4-1.4 Msolar, 200Mpc-19

BH ringdown: Kerr param. a=0.95
2.8 Msolar
100 Msolar-20

Stellar core collapse at Galactic Centre
DFM waveforms

-21

-22

-23

-24

10

100

1000

frequency [Hz]図 1: LCGT デザイン感度と重力波源

49

100Myr

1Gyr

10Gyr

13Gyr

100Gpc10Gpc
1Gpc

Look Back Time

Luminocity Distance

0.1

100MpcCosmological Redshift : z

1

LCGT detection range (VRSE-D)
Detection Range (with optimal direction)
for CBC| for BH QNM
SNR=3
|
SNR=3
SNR=8
|
SNR=8
SNR=100|
SNR=100

1.4Msolar (Typical Neutron Star)

10

10Mpc

0.01

0.001
10

0

10

1

2

10
mass of one star [Msolar](BH mass = 2M)

10

3

10

4

図 2: LCGT の重力波観測レンジ:宇宙論的赤方偏移の効果も取り入れてある
1.0

Probability of detection
at least 1 enent

0.9
0.8

90% Probability
sky average range of
BRSE
DRSE
VRSE(B)
VRSE(D)

0.7
0.6
0.5
0.4

0.10

0.15 0.20
0.30
0.50
Observation time yr

0.70

1.00

1.50

図 3: 観測期間にたいする１イベント以上を得るための確率：今回のデザインでは、４ヶ月で 90%の検出確率

2. 重力波のラジオメトリ探査、複数台検出器のコヒーレント検出についての基礎研究（日印交流）（神田）
インド IUCAA (Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics) との研究交流プ
ログラムでの研究である。
この課題は、複数台の検出器を用いた場合の２つの代表的な解析であるコヒーレント法とコインシデンス法を比較することであった。2008 年度における共同研究では、コヒーレンス
解析法における ROC(receiver operating characteristics : 検出効率と偽イベント発生率の相関図）について定量的な見積もりがすすんだ。論文は準備中であり、近日中に投稿予定である。また、次年度 (2009 年度) 以降に、この共同研究を拡張して「重力波のラジオメトリ探査」へと進める事を準備した。

50

3. 差動制御型 Michelson 干渉計の制御回路の製作と感度較正、安定性評価（宮本）４回生の卒業研究では、マイケルソン型干渉計を組み立て、半月程度の連続運転、データ取得をおこなった。レーザー光源、ミラー、ビームスプリッターといった光学部品は市販品を用いてあるが、レイアウトなどは自作である。フィードバック制御に使用する電気回路、受光部のアンプ等は新たに自作した。また、ADC および計算器によるデータ取得部、モニター表示なども製作した。
今回のマイケルソン干渉計は、symmetric port と anit-symmetric port の光量を用いる差動型である。差動型の利点は、レーザー光量の変動にかかわらずロック点を中間光量に保つことができることで、一つの port のみを使う場合に比べて安定で長時間の動作が可能になる点である。
√
実験では、80Hz 付近で 6.0 × 10−13 [m/ Hz] の感度を達成した。また使用したレーザー光源
や実験室環境をからの雑音寄与も見積もり、おおむね雑音スペクトルを説明できた。
100

10

typical strain. 2010/03/11

-1

10-2

10-3

10-4 0
10

101

102

103

図 4: 自作した差動型マイケルソン干渉計の雑音スペクトラム:横軸は周波数 [Hz]、縦軸は変位雑√
音 [m/ Hz]

4. Matched Filter を用いた Michelson 干渉計の非定常イベントの選別（岡田）マイケルソン干渉計の運転データを用いて、非定常雑音による励起イベントを同定、選別した。同定にはマッチドフィルター法を用いた。マッチドフィルター法は、既知波形を同定す
るには非常に優れた方法である。ここでは、非定常な励起が特定の周波数での共鳴を励起することを用いた。意図的（人工的）に励起した波形をもとに、周波数と減衰時間を調べて減衰正弦波の波形を決定し、これをテンプレート（参照波形）として非定常な雑音イベントを同定に成功した。8σ 以上で非定常雑音を同定した場合、１時間あたり十〜数十回のイベントを得た。この際、定常雑音からの寄与は 10−4 個程度に押さえられている。

51

N_obs

N_BG閾値

図 5: マッチドフィルター出力のヒストグラム:横軸は信号の大きさ（nσ ）、縦軸は bin あたりのイ
ベント数

5. アクシオン探索実験の基礎開発（神田）アクシオンは PQ 対称性の破れを解決するために予想される未知の素粒子で、ダークマターの候補の一つでもある。アクシオン a と物質 Z との相互作用結合定数は大きくないが、強磁場中でプリマコフ効果をおこして、

γ + Z → Z + aのように生成されると予想されている。したがって、高いエネルギー密度で位相を測定できるレーザー光の共鳴キャビティに、強磁場を印加する事によってアクシオン生成を捉えることができる可能性がある。
我々は KEK 低温グループとの共同で、重力波実験のレーザー技術を移植してアクシオン探索実験を始めた。2009 年度は、透過光の偏光測定部分を評価した。

図 6: Glan-Tompson 分光器のマウント部
それぞれ光軸中心に回転できる。

6. 学内重点研究「『アインシュタインの物理』でリンクする研究・教育拠点」
H20 年度から５年間の計画で、上記のテーマで学内重点研究を申請、採択された。この計画
は、近接する物理学の諸分野にまたがるトピックスをとりあげ、学外の物理研究者とも連携して、分野をリンクした新しい研究を立ち上げることを目的としている。

52

18
PowerSpectrum
PD1
PD2

4

10

16
3

Intensity Spectrum [arbitrary unit]

14
12
10
8
6

measurement fitting
PD1: f0 =1.0009e+05 ± 11.6
PD1
PD2: f0 =1.0009e+05 ± 12.2
PD2

10

2

10

1

10

0

10

4
-1

10

2
50

60

70
µs

80

90
10 kHz

100 kHz

1 MHz

図 7: 変調度 φ0 = λ/4 での偏光測定例：時系列とスペクトル2009 年度は、１０月に学内外の研究者を募っての研究会、２月に大学院生中心のセミナーをおこなった。

53

教育・研究業績
学術論文1. ”Detecting gravitational waves from inspiraling binaries with a network of geographicallyseparated detectors: Coherent versus coincident strategies”
Himan Mukhopadhyay, Hideyuki Tagoshi, Sanjeev Dhurandhar, and Nobuyuki Kanda,
Phys Rev D 80, 123019 (2009)
2. ”DECIGO pathﬁnder”,
Masaki Ando, Nobuyuki Kanda(9 番目) et al.(132 名), 2009 Class. Quantum Grav. 26
094019 (9pp)()
3. ”Coherent versus coincidence detection of gravitational wave signals from compact inspiraling binaries”
S. Dhurandhar, H. Mukhopadhyay, H. Tagoshi, N. Kanda
arXiv:1003.5490 (Based on the presentation at the 1st Galileo Xu Guangqi conference,
Shanghai.) 査読無し
4. ”DECIGO: The Japanese space gravitational wave antenna”, Shuichi Sato, Nobuyuki
Kanda(9 番目) et al.(132 名), 2009 J. Phys.: Conf. Ser. 154 012040 (7pp) 査読無し

学会・研究会講演
1. 神田展行 ”Prospects and progress of DECIGO / DECIGO Path Finder
12nd Marcel Grossmann Meeting（マルセル＝グロースマン国際会議）
2009 年 7 月 フランス（パリ）2. 神田展行 ”Data analysis: strategy of LCGT, and status of TAMA/CLIO”
12nd Marcel Grossmann Meeting（マルセル＝グロースマン国際会議）
2009 年 7 月 フランス（パリ）3. 神田展行（座長、コメンテーター）ほか ”Round table: What evidence would make aconvincing case for the ﬁrst GW detection claim?”
14th Gravitational Waves Data Analysis Workshop（重力波データ解析国際会議）
2010 年 1 月 イタリア（ローマ）4. 神田展行 （シンポジウム講演）重力波検出器の現状と将来計画日本物理学会
2009 年 第６５回年次大会 岡山大学
註：上記は登壇者が当研究室のものに限る。

学位論文
1. 岡田雄太 ”Matched Filter を用いた Michelson 干渉計 の非定常イベントの選別”
2. 宮本裕児 ”差動制御型 Michelson 干渉計の制御回路の製作と感度較正、安定性評価”

研究助成金取得状況
1. 神田展行：日本学術振興会 H21 年度 二国間交流事業共同研究／セミナーによる研究交流
2. 神田展行：学内重点研究 H21 年度「『アインシュタインの物理』でリンクする研究・教育拠点」

54

海外出張および海外研修
1. 神田展行：フランス（パリ)際会議 発表2009 年 7 月 12 − 19 日、第 12 回マルセル＝グロースマン国2. 神田展行：インド（プネー） 2009 年 11 月 22 − 28 日、学術振興会二国間交流事業共同研
究により、IUCAA に滞在、研究交流
3. 神田展行：イタリア（ローマ)
議 発表・座長

2010 年 1 月 25 − 31 日、第 14 回重力波データ解析国際会

その他
研究会主催
1. 会議名:第２回『アインシュタインの物理』でリンクする研究・教育拠点研究会
期間:2009 年 10 月 23-24 日
参加登録数:７１名（学外者１９名） 於： 大阪市立大学
2. 学内重点研究主催： 冬のセミナー（第２回） 2010 期間:2010 年 2 月 20-22 日

海外研究者訪問／招聘
1. Prof. Sanjeev V Dhurandhar (ICUAA, 印) : 学術振興会二国間交流事業共同研究により来日 2010/3/8-22

公開活動
1. 「 宇宙 (天文) を学べる大学 合同進学説明会」於：大阪市立科学館 2009/6/14
2. 「世界天文年 全国同時七夕講演会」於：大阪市立科学館 2009/7/755

宇宙・素粒子実験物理学研究室
寺本 吉輝
中野 英一

前田達矢 (M2)奥田永雄 (B4)松原大輔 (B4)山本健二 (B4)

准教授
講師

研究概要
1.

KEK Bファクトリー加速器による素粒子実験（Belle）（寺本, 中野）高エネルギー加速器研究機構の Belle 実験装置を用いて国際共同実験を行っている.
Belle 実験装置は, Bファクトリー加速器を用いて, 電子・陽電子反応によるB 中間子を大量生産して, CPの破れの検証やB 中間子の崩壊の測定などを行う目的の装置である. 建設に置いて, 我々は高抵抗板素粒子検出器 (RPC) を用いた KL0・ミュー粒子検出器を東北大学などと共同で担当した. データ解析に関しては, 主に荷電粒子の飛跡解析とミュー粒子の同定を担当している．2009年度の物理解析は，B中間子がK*中間子とレプトン対へ崩壊する過程の観測を行った．この崩壊過程でのレプトンの放出方向の分布が素粒
子物理学の標準模型による予言から外れており、新しい物理の存在を示唆すると考えられる．

2.

平行板型素粒子検出器の研究開発（寺本, 中野, 前田，山本）
高抵抗板素粒子検出器（RPC）は平行な高抵抗板の間にガスを入れ，高抵抗板に8～10kV程度の電圧をかけることにより, 荷電粒子がこれを通過した時, その位置と時間を測定できる装置である． 2009年度は放電ギャップを1 mmにした装置を用いて地球温暖化ガスの使用をなくする試みを続けると共に，高圧供給用の電極での信号伝播時間から荷電粒子の通過位置を測定する試みを始めた．

3.

ネットワーク型宇宙線観測装置を使った宇宙線観測（寺本, 中野，奥田）
都道府県にまたがって時間相関を持って到来する宇宙線を観測するために,宇宙線の到来時間を GPS を用いてマイクロ秒の精度で決定でき, インターネットを用いてデータをリアルタイムに交換できる簡易型空気シャワー観測装置「宇宙線ステーション」を開発し, 高校や科学館などに配備し大規模な観測網を構築する計画を 1999 年から始めている. 2009年度も前年に引き続き観測を行なった.

4.

Micro Pattern Gas Detector の開発（中野，松原）
薄型で2次元読み出しを行えるガス測定器の１つであるGEMの他分野への応用を図る
目的で高エネルギー加速器研究機構、佐賀大学、東京理科大学，信州大学，東北学院大
学，東京農工大学，近畿大学と共同開発を行っている.2009年度は荷電粒子検出器としての基礎研究を行うための準備を近畿大学と共に始めた.

5.

Belle CDC のアップグレードの準備研究（中野）近い将来に計画されている KEKB加速器の増強に対応するため、Belle測定器の飛跡検出器のアップグレードの検討を進めている.

教育・研究業績
学術論文
1. K. Vervink, T. Aushev, O. Schneider, Y. Teramoto et al., “Evidence of time-dependent CP

56

violation in the decay B0 → D*+D*-“, Phys.Rev.D80:111104,2009.
2. B.R. Ko, E. Won, E, Nakano, Y. Teramoto et al., “Observation of the Doubly Cabibbo-Suppressed
Decay D+s → K+K+π-“, Phys.Rev.Lett.102:221802,2009.
3. J.-T. Wei, P. Chang, E, Nakano, Y. Teramoto et al., “Measurement of the Differential Branching
Fraction and Forward-Backword Asymmetry for B → K(*)l+l-“, Phys.Rev.Lett.103:171801,2009.
4. S.-H. Kyeong, Y.-J. Kwon, E, Nakano, Y. Teramoto et al., “Measurements of charmless hadronicb → s penguin decays in the π+π-K+π- final state and first observation of B0 → ρ0K+π-“,Phys.Rev.D80:051103,2009.
5. R. Mizuk, E, Nakano, Y. Teramoto et al., “Dalitz analysis of B → Kπ+ψ’ decays and the Z(4430)+”,Phys.Rev.D80:031104,2009.
6. A. Zupenc, E, Nakano, Y. Teramoto et al., “Measurement of yCP in D0 meson decays to theK0SK+K- final state”, Phys.Rev.D80:052006,2009.
7. S. Uehara, E, Nakano, Y. Teramoto et al., “High-statistics study of ηπ0 production in two-photon
collisions”, Phys.Rev.D80:032001,2009.
8. K. Belous, M. Shapkin, Y. Teramoto et al., “Measurement of cross sections of exclusive e+e- →VP processes at √s = 10.58 GeV”, Phys.Lett.B681:400-405,2009.
9. P. Urquijo, E. Barberio, E, Nakano, Y. Teramoto et al., “Measurement of |Vub| from Inclusive
Charmless Semileptonic B Decays”, Phys.Rev.Lett.104:021801,2010.
10. A. Limosani, Y. Teramoto et al., “Measurement of Inclusive Radiative B-meson Decays with a
Photon Energy Threshold of 1.7 GeV”, . Phys.Rev.Lett.103:241801,2009.
11. G. Pakhlova, E, Nakano, Y. Teramoto et al., “Measurement of the e+e- → D0D*-π+ cross section
using initial-state radiation”, Phys.Rev.D80:091101,2009.
12. Y. Miyazaki, E, Nakano, Y. Teramoto et al., “Search for lepton flavor and lepton number violatingτ decays into a lepton and two charged mesons”, Phys.Lett.B682:355-362,2010.
13. E. Won, B.R. Ko, E, Nakano, Y. Teramoto et al., “Measurement of D+ → KS0K+ and DS+ → KS0π+
branching ratios”, Phys.Rev.D80:111101,2009.
14. P. Chen, M.-Z. Wang, E, Nakano, Y. Teramoto et al., “Observation of B+ → p anti-Λπ+π- at Belle”,
Phys.Rev.D80:111103,2009.
15. C.P. Shen, C.Z. Yuan, E, Nakano, Y. Teramoto et al., “Evidence for a New Resonance and Search
for the Υ(4140) in the γγ → φJ/ψ process”, Phys.Rev.Lett.104:112004,2010.
16. S. Uehara, E, Nakano, Y. Teramoto et al., “Observation of a Charmoniumlike Enhancement in theγγ → ω J/ψ Process”, Phys.Rev.Lett.104:092001,2010.
17. N. Ishihara, Y. Teramoto et al., “The DCBA experiment for studying neutrinoless double
beta-decay”. J.Phys.Conf.Ser.203:012071,2010.
18. M.J. Lee, E, Nakano, Y. Teramoto et al., “Measurement of the branching fractions and theinvariant mass distributions for τ- → h-h+h-ντ decays”, Phys.Rev.D81:113007,2010.
19. K. Hayasaka, K. Inami, Y. Miyazaki, E, Nakano, Y. Teramoto et al., “Search for Lepton Flavor
Violating τ Decays into Three Leptons with 719 Million Produced τ+τ- Pairs”,
Phys.Lett.B687:139-143,2010.
20. N.J. Joshi, T. Aziz, K. Trabelsi, E, Nakano, Y. Teramoto et al., “Measurement of the branching
fractions for B0 → Ds*+π- and B0 → Ds*-K+ decays”, Phys.Rev.D81:031101,2010.
21. T. Aushev, N. Zwahlen, E, Nakano, Y. Teramoto et al., “Study of the B → X (3872) (→ D*0D0 ) K
decay”, Phys.Rev.D81:031103,2010.
22. Y. Miyazaki, Y. Teramoto et al., “Search for Lepton Flavor Violating τ- Decays into l-K0s andl-K0sK0s”, Phys.Lett.B692:4-9,2010.
学会・研究会講演
1. 中野英一ほか：「Belle KLMに対する中性子バックグラウンドの影響」 日本物理学会
2009年秋季大会 甲南大学
2. 中野英一：「その他のプロセスでのエキゾチックハドロンの探索」 新学術領域キックオ57

フ研究会“多彩なフレーバーで探る新しいハドロン存在形態の包括的研究” 2009年11月27日〜28日 名古屋大学
3. 中野英一ほか：「Belle KLMを用いたKEKB中性子環境の評価」 日本物理学会 第65回年次大会 岡山大学
研究助成金取得状況
1. 中野英一：新学術領域研究「多彩なフレーバーで探る新しいハドロン存在形態の包括的研
究」計画研究「Bファクトリー実験におけるエキゾチックハドロンの研究」2009年度分110万円

58

素粒子論研究室
中尾憲一（教授）

阿部博之(D1)

寺川達哉(M2)
西川隆介(M1)
速水真裕(M1)

研究概要
我々をとりまく世界で起こるあらゆる事象は、クォークとレプトンそしてヒッグス粒子と呼ばれる素粒子の相互作用として理解できると考えられています。相互作用には、重力相互作用、電磁相互作用、弱い相互作用、強い相互作用の４つが知られており、これらの相互作
用はゲージ粒子とよばれる粒子が媒介すると考えられています。重力相互作用を除く３つの相互作用に関しては、すでにその存在は実験的に確かめられていますが、重力相互作用を媒介するゲージ粒子だけは、間接的にその存在は確かめられてはいますが未だに直接観測はなされていません。また、重力相互作用だけが未だに量子論的な枠組みでの記述に成功していません。その理由は、重力相互作用が他の相互作用と比べて極端に弱く、そのためにその量子論的な性質を実験的に確認することが極めて困難だからです。一番身近な力でありながら、実験的にも理論的にも未だに未知の部分が多い重力相互作用は、２１世紀に残された物理学における最大のテーマの一つといえます。この研究室では、この重力相互作用を中心に様々な研究を行っています。2009年度に行った研究は以下の通りです．
1. 裸の特異点：円筒対称時空の性質
強い重力場を記述する古典理論の最有力候補である一般相対論によれば、巨大質量の星はその進化の最終段階で、自らが生み出す重力によって限りなく収縮していきます．この現象
は重力崩壊と呼ばれ、エネルギー密度や圧力、温度、そして時空の曲率といった物理量が無限大になる‘領域’が最終的に形成されます．この領域は時空の裂け目のような構造を持ち、時空特異点と呼ばれています．時空特異点は、一般相対論を含めた既知の物理法則の適用範
囲外にあり、重力相互作用の量子論的な性質が現れる非常に興味深い領域である可能性があります．時空特異点は観測可能性という観点から二種類に大別することができます．一つは、我々のような観測者がそこに行かない限り見ることのできないタイプのものであり、ブラッ
クホールはその一例です．そしてもう一つは、原理的に観測可能なタイプであり、「裸の時空特異点」と呼ばれています．この裸の特異点は、もし我々の宇宙に存在するならば、実験的・観測的に重要な意味を持ちます．
円筒対称時空における重力崩壊で形成される特異点は、よほど特殊な物質でないかぎり裸の特異点となることが知られています．2008年度から引き続いて今年度も、立教大の原田氏、ダブリン市立大学のNolan氏、大阪経済法科大学の森澤氏、神奈川工科大学の栗田氏らと共同で、この円筒対称時空の研究を進めました．円筒対称系でよく近似できる相対論的な状況が我々の宇宙に実現するかどうかはよく分かっていません。それゆえ、これまでに十分な理論的研究がなされておらず、一般相対論が提案されてから既に９５年経た今でも、相対論的な
円筒対称時空は未知の部分が多く残されています．これまでに、我々のグループが明らかにしてきたこの系の性質は、非相対論的な系では想像もできなかったことが多々あり、今後もこの研究室ではこの系の研究を進める予定です．
2. ダークエネルギー問題：非一様宇宙の可能性
我々の宇宙は現在、加速膨張しているように見えます．より厳密に言うと、宇宙の物質・59輻射分布や空間の幾何学的性質が一様等方とするならば、現在得られている観測結果は、宇宙空間の膨張速度が加速していることを意味する、ということです。さらに、アインシュタインの一般相対性理論が正しい重力理論だと仮定すると、この観測事実は、宇宙空間に負の圧力（正の張力）を持つダークエネルギーと名付けられた不可解なエネルギーが満ち満ちているということを意味します．このダークエネルギーの起源はもちろん未だに分かっていません。この問題をダークエネルギー問題と呼んでいます．上記の説明から分かるように、観測事実からダークエネルギーの存在を演繹するために２つの仮定をしています．一つ目は「宇宙は一様等方」、二つ目は「一般相対論が正しい」です．この二つの仮定のうち一つでも正しくないということになれば、ダークエネルギーの存在を仮定せずに観測事実の説明ができる可能性があります．
我々のグループは、ダークエネルギー問題に対する一つのアプローチとして、「我々の宇宙は非一様」と仮定し、ダークエネルギー問題が解決可能かどうかを研究しています．このアプローチで取り組む研究者は、宇宙論の業界では少数派ですが、近未来に得られる様々な観測事実を用いて理論モデルの正否を確認できる唯一のモデルであり、その意味で最も健全なアプローチと言えます．一つは昨年度から引き続き、現在韓国のAPCT に博士研究員として所属している柳哲文博士、京都大学基礎物理学研究所の佐々木節教授らと共同で、物質優勢の宇宙における極めて大きなボイドの中心に我々が位置する宇宙モデルの研究を宇宙背景輻
射に注目して進めました．もう一つは、質量ゼロのスカラー場に満たされた宇宙に巨大なボイドが存在する宇宙モデルを、インドのタタ基礎科学研究所のJoshi教授らのグループと共同で研究しました。
3.ブラックホール物理学
ブラックホールはこの研究室のライフワーク的な研究テーマの一つです．ブラックホール
は，強い重力場を伴う時空構造の典型的な例の一つであり，観測的にもその存在が強く示唆されているだけでなく，現在計画中あるいは既に動き始めた観測プロジェクトによって，近い将来にその詳細な性質がさらに明らかになると期待されています．その観測をにらみ，本物理学科の宇宙物理研究室、及び大阪大学の田越秀行助教と共同で，ブラックホール磁気圏などのブラックホール周りの物理現象，物理過程の研究を進めています．

教育・研究業績
学術論文
1. Ken-ichi Nakao, Tomohiro Harada, Yasunari Kurita and Yoshiyuki Morisawa,"Relativistic gravitational collapse of a cylindrical shell of dust II", Progress of Theoretical Physics
Vol.122 (2009) 521.
2. Tomohiro Harada, Ken-ichi Nakao and Brien Nola, “Einstein-Rosen waves and the self-similarity
hypothesis in cylindrical symmetry”, Physical Review D, Vol.80 (2009) 024025.
3. Ken-ichi Nakao, Hiroyuki Abe, Hirotaka Yoshino and Masaru Shibata,“Maximal slicing of D-dimensional spherically symmetric vacuum spacetime”,
Physical Review D,Vol.80 (2009) 084028.
4. Swastik Bhattacharya, Pankaj S. Joshi and Ken-ichi Nakao, “Accelerated cosmic expantion
in a scalar-field universe”, Physical Review D, Vol.81 (2010) 064032.
国際会議，国際研究会発表
1. Tomohiro Harada, Ken-ichi Nakao and Brien Nolan, “Einstein-Rosen waves and the self-sim
ilarity hypothesis in cylindrical symmetry”, 19th JGRG workshop, 立教大学2009年11月-12月.
2. Chul-Moon Yoo and Ken-ichi Nakao, “Testing the Copernican Principle with the kSZ Effec

60t”, 19th JGRG workshop, 立教大学2009年11月-12月.
3. Yousuke Takamori, Hideki Ishihara, Masashi Kimura, Ken-ichi Nakao and Chul-Moon Yoo,“On the Meissner-like effect of an extreme black hole”, 19th JGRG workshop, 立教大学20
09年11月-12月.
4. Ryusuke Nishikawa and Masashi Kimura, “Stability of charged squashed Kaluza-Klein black
holes”, 19th JGRG workshop, 立教大学2009年11月-12月.
5. Ken-ichi Nakao, Yasunari Kurita and Daisuke Ida, “Relativistic Cylindrical System”,
International Workshop「Future Prospects and Possibilities of Gravity Research」，2009年9月
18日-23日.
Asia Pacific Center for Theoretical Physics, 韓国．
6. Chul-Moon Yoo, Ken-ichi Nakao and Misao Sasaki, “Kinematic Sunyaev-Zel’dovich effectin inhomogeneous universes”, International Workshop「Future Prospects and Possibilities of G
ravity Research」，2009年9月18日-23日.
Asia Pacific Center for Theoretical Physics, 韓国．
7. Yousuke Takamori, Hideki Ishihara, Masashi Kimura, Ken-ichi Nakao and Chul-Moon Yoo,“Force-free magnetic fields on an extreme Reissner-Nordstrom black hole and the Missner
effect”, International Workshop「Future Prospects and Possibilities of Gravity Research」，2
009年9月18日-23日.

学会・研究会講演
1. 原田知広，中尾憲一，Brien Nolan：「Einstein-Rosen 波と円筒対称時空における自己相似仮説II」日本物理学会2009年度秋季大会，甲南大学岡本キャンパス，2009年9月.
2. 西川隆介，木村匡志：「Stability of squashed Kaluza-Klein black holes with electriccharge」第65回日本物理学会年次大会，岡山大学津島キャンパス，2009年3月.
3. 木村匡志，中尾憲一，田越秀行：「Extreme Kerr ブラックホール周りにおける粒子の衝突について」第64回日本物理学会年次大会，立教大学，2009年3月.
4. 孝森洋介，石原秀樹，木村匡志，中尾憲一，柳哲文：「臨界ブラックホールのマイスナ
ー効果について」第64回日本物理学会年次大会，立教大学，2009年3月.
5. 中尾憲一「Cosmological aspect of Roberts solution」第１１回特異点研究会「特異点と時空、および関連する物理」芝浦工業大学豊洲校舎，2010年1月9日-11日．
その他
1． 集中講義「時空特異点の物理学」立教大学理学部，2009年6月17日-19日．
2． 集中講義「時空特異点の物理学」東京工業大学 大学院理工学研究科 2010年2月2日-4日．
3． 「第3回ブラックホール磁気圏研究会」主催，本学田中記念館 2010年3月1日-3日．

61

数理物理研究室
糸山浩司 教授
安井幸則 准教授

大田武志（数学研究所員）
吉岡礼治（数学研究所員）
宝利剛（D3）須川龍航（D3）

高部遼一（M2）
出口翔（M1）
松田元一（M1）
姫島智樹（M1）
樋ノ上和貴（B4）

研究概要
1. β変形行列模型とNekrasov分配関数（糸山・大田）
クイバー行列模型(ITEP模型)のβ変形したものを利用して量子スペクトル曲線を定義すると、行列模型のポテンシャルを多重log型に選ぶと、N=2超対称ゲージ理論のSeiberg-Witten曲線のWitten-Gaiotto形式と同型になることをしめした、また2d 共形場理論のconformal blockと4次元ゲージ理論のNekrasov分配関数が対応するというAlday-Gaiotto-Tachikawa予想に触発されて、conformal blockのDotsenko-Fateev表示をSelberg積分を拡張したβ変形行列模型と考えることによって、Nekrasov分配関数の展開係数を計算する手法をあみだした。
2. N=2超対称性部分的かつ自発的破れに伴う低エネルギー定理（糸山）
丸吉氏・湊氏と協力して、N=2超対称性を部分的かつ自発的に破る藤原・糸山・阪口模型では、
低エネルギー定理がFeynman図の相殺によって実現していることを示した。NGフェルミオンの性質の、MSSMを超える模型の文脈でのさらなる解明が期待される。
3. 超重力理論のブラックホール解の対称性の解析（安井・宝利）
物質場のない真空中の高次元ブラックホール時空の“隠れた対称性”は共形キリング・矢野
テンソルと呼ばれる特別なテンソル場が存在することから理解することができる。物質場が存在するときこのような対称性はどうなるのか？超弦理論・超重力理論の舞台となる高次元時空には重力以外にスカラー場、反対称テンソル場等々いろいろな物質場が存在する。我々は、超重力理論の高次元ブラックホール時空にも“隠れた対称性”が存在し「ねじれ」を持つ共形キリング・矢野テンソルがそのような対称性を記述することを明らかにした。
4. 行列模型に対するオリエンティフォールディングの効果 (糸山・吉岡)
超対称性を尊重した形でオリエンティフォールディングを施したIIB行列模型に対して、行列の対角成分についての有効作用の長距離展開を行い、オリエンティフォールディングの効果を調べた。行列の対角成分は時空点の座標を表わし、それぞれの点の間には方向依存性を持った相互作用が存在することを示した。また、行列のサイズが小さい場合の2点間相互作用を調べることによって、特定の方向に広がる4次元空間を構成することを見た。さらに2ループの効果を調べ、高次項が無視できる固有値間距離を求めることにより、4次元空間の広がるサイズを見積もった。

62

教育・研究業績
学術論文
1. K. Fujiwara and H. Itoyama: “Spontaneous Partial Breaking of N=2 Supersymmetry”, Adv. Stud. Pure
Math 55: 223-233, 20092.

H. Itoyama, K. Maruyoshi and S. Minato: “Low Energy Processes Associated with Spontaneously
Broken N=2 Supersymmetry”, Nucl. Phys. B 830:1-16, 20103.

D. Galakhov, H. Itoyama, A. Mironov and A. Morozov: “Deviation from Alday-Maldacena Duality
For Wavy Circle” Nucl. Phys. B 823: 289-319, 20094.

D.Kubiznak, H.K.Kunduri and Y.Yasui: “Generalized Killing-Yano equations in D=5 gauged
supergravity”, Phys. Lett.. B 678, 240-245 (2009).

5.

S. Tomizawa, Y.Yasui and A. Ishibashi: “A uniqueness theorem for charged rotating black holes infive-dimensional supergravity”, Phys. Rev. D 79 124023 (2009).

6.

S. Tomizawa, Y.Yasui and Y.Morisawa: “Charged rotating Kaluza-Klein black holes generated by
G_2(2) transforrmation”, Class. Quant. Grav. 26 045006(2009).

7.

T. Houri, T.Oota and Y.Yasui: “Closed conformal Killing-Yano tensor and uniqueness of generalized
Kerr-NUT-de Sitter spacetime”, Class. Quant. Grav. 26 045015(2009).

8.

H. Itoyama, K. Maruyoshi and T Oota: “Quiver Matrix Model and 2d-4d Conformal Connection,”
arXiv: 0911.4244 [hep-th].

9.

H. Itoyama and T. Oota: “Method of Generating q-Expansion Coefficients for Conformal Block and
N=2 Nekrasov Function by β-Deformed Matrix Model,” arXiv: 1003.2929 [hep-th].

10. H. Itoyama and R Yoshioka “Orientifolded Matrices and Supersymmetries that Give Rise toSpacetime Directional Asymmetry of effective Interactions.” Nucl. Phys. B 823: 254-268, 2009
国際会議会議録
1. H. Itoyama: “Derivation of AdS Minimal Area from BDS Extrapolation at a Wavy Circle”,
Proceedings of the 4th International Sakharov conference on Physics, Lebedev Institute, Moscow,
Russia, 2009年5月22日
国際会議講演
1. H. Itoyama: “Derivation of AdS Minimal Area from BDS Extrapolation at a Wavy Circle”, the 4thInternational Sakharov conference on Physics, Lebedev Institute, Moscow, Russia, 2009年5月22日（招待講演）
2.

H. Itoyama: “Deformation of Dijkgraaf-Vafa Relation via Spontaneously Broken N=2
Supersymmetry” 2nd Workshop on Geometric Methods in Theoretical Physics, International School
for Advanced Studies, Trieste, Italy, 2009年7月16日

3.

Y.Yasui: “Higher-dimensional Kerr geometry”, The International Workshop on String Theory andCosmology, 2009年9月, Daejeon convention center, Korea （招待講演）.

4.

Tsuyoshi Houri: ''Closed conformal Killing-Yano tensor and uniqueness of generalized Kerr-NUT-de
Sitter spacetime'', 12th Marcel Grossmann Meeting (MG12), Paris, Jul 17, 2009.

5.

Tsuyoshi Houri: ''Geodesic Integrability of Charged Rotating Black Holes'', The 19th Workshop on
General Relativity and Gravitation in Japan (JGRG19), Rikkyo University, Dec 1, 2009.

63

6.

Tsuyoshi Houri : ''Closed conformal Killing-Yano tensor and uniqueness of Kerr-NUT-de Sitter
spacetime'', The third Osaka City University OCAMI, Pusan National University BK21, Kyungpook
National University BK21 joint Graduate Student Workshop, Osaka City University, Aug 22, 2009.

7.

Tsuyoshi Houri : ''Kerr-NUT-AdS black holes and their quasi normal modes'', The Workshop ''Future
Prospects and Pssibilities of Gravity Research'', Asia Pacific Center for the Theoretical Physics(APCTP), Pohang, Sep 20, 2009.

学会・研究会講演
1. 糸山浩司: 「素粒子物理学に於ける対称性の自発的破れ」科学基礎論学会 特別講演, 大阪市
大, 2009年6月14日
2. 糸山浩司: “Derivation of AdS Minimal Area from BDS Extraporation at a Wavy Circle”
東京大学大学院総合文化研究科, 2009年6月18日
3. 糸山浩司:「場の量子論における対称性の自発的破れ ―南部陽一郎氏の開拓した物理の数学的側面―」数学FD研究会, 大阪市大, 2010年1月21日
4. 糸山浩司: “Method of Generating q-Expansion Coefficients from β-Deformed Matrix
Model” KEK理論研究会2010, KEK, 2010年3月12日
5. 糸 山 浩 司 : “Low Energy Processes Associated with Spontaneously Broken N=2
Supersymmetry” 日本物理学会第65回年次大会, 岡山大学, 2010年3月21日
6. 安井幸則:「Higer-dimensional Kerr geometry」素粒子論セミナー 2009年6月, 京都大学基
礎物理学研究所
7. 安井幸則:「高次元ブラックホール幾何学とコンパクトEinstein多様体」 研究集会「部分多様体論とその周辺領域における新たな研究対象」2009年6月, 京都大学数理解析研究所.
8. 安井幸則:「共形キリング・矢野テンソルを持つアインシュタイン多様体」幾何シンポジウム
2009年８月, 佐賀大学
9. Yukinori Yasui:「Higer-dimensional Kerr geometry」workshop on Future Prospects andPossibilities of Gravity Research, 2009年9月, APCTP, Korea.
10. 安井幸則:「高次元ブラックホールの幾何学とコンパクトEinstein多様体」研究集会「擬リーマン幾何学の展開ＩＩ」2009年12月, お茶の水女子大学.
11. Yukinori Yasui: 「Compact Einstein manifold from generalized Kerr-NUT-de Sitter metric」
Seminar, 2010年2月, Cambridge University.
12. 大田武志：「Quiver matrix model and 2d-4d connection」2010年3月23日, 日本物理学会第65回年会, 岡山大学
13. 吉岡礼治:「行列模型のオリエンティフォールディングと有効相互作用における時空の非対称性」 数物セミナー, 大阪市立大学, 2009年7月3日
14. 吉岡礼治: 「行列模型のオリエンティフォールディングと有効作用による固有値間力の方向依存性」基研研究会, 京大基礎物理学研究所, 2009年7月10日
15. 吉岡礼治: 「行列模型のオリエンティフォールディングと有効作用による固有値間力の方向依存性」日本物理学会秋季大会, 甲南大学, 2009年9月10日

6416. 吉岡礼治: “Matrix Orientifolding and Its Effects on the Structure of Spacetime" セ
ミナー, 京都大学理学部, 2009年10月7日
17. 宝利剛, 安井幸則： “Charged Rotating Black Holes in Gauged Supergravity”, 日本物理学会, 甲南大学, 2009年9月12日
18. 宝利剛, 安井幸則： “Properties of generalized conformal Killing-Yano tensor”, 日本物理学会第65回年会, 岡山大学, 2010年3月20日
19. Tsuyoshi Houri: “Hidden symmetries of higher-dimensional charged rotating black
holes”, Seminar, National Taiwan Normal University (NTNU), Taiwan, Apr 1, 2010.
20. 宝利剛：「高次元ブラックホール時空の隠れた対称性について」, 重点研究セミナー「アインシュタインの物理」, セミナーハウス未来塾, 和歌山, 2010 年 2 月 21 日.
21. Tsuyoshi Houri : “Hidden symmetries of charged Kerr black hole”, 研究会「高次元Black Hole 研究最前線 2009」, 京都大学パナソニック国際交流ホール, 2009 年 12 月 25 日；
宇宙物理・重力研究室コロキウム, 大阪市立大学, 2010 年 2 月 12 日.
22. Tsuyoshi Houri : “Hidden symmetries of higher-dimensional rotating black holes”,
Seminar, Academia Sinica, Taiwan, Oct 28, 2009；Seminar, National Taiwan University(NTU), Taiwan, Oct 30, 2009；Seminar, National Taiwan Normal University (NTNU), Taiwan,
Nov 2, 2009；Seminar, National Central University (NCU), Taiwan, Nov 3, 2009.
23. Tsuyoshi Houri : “Geodesic integrability, conformal Killing-Yano tensor andKerr-NUT-AdS black hole”, 原子核三者若手夏の学校, 長野県木島平, 2009 年 8 月 25 日.
24. Tsuyoshi Houri : 「高次元 Kerr ブラックホールの可積分性と準固有振動」, 理学科講演会,
近畿大学東大阪キャンパス, 2009 年 4 月 28 日；大阪素粒子セミナー, 大阪市立大学梅田文化交流センター, 2009 年 5 月 7 日.

その他
1. 大田武志「Introduction to Conformal Field Theory and W Algebra」2010年3月15日-16日,
大阪市立大学にて連続講演

学位論文
博士論文
1. 宝利剛：“Classification of Spacetimes with a Conformal Killing-Yano Tensor Field andHigher-Dimensional Kerr-NUT-AdS Black Holes （邦題「共形キリング-矢野テンソル場を持
つ時空の分類と高次元カー-NUT-AdSブラックホール」）”

研究助成金取得状況
1. 糸山浩司: 日本学術振興会･基盤研究(C)･研究代表者, No.20540278「ゲージ理論と紐理論に於ける可積分性の出現と非摂動効果の解明」117万円
2. 安井幸則: 日本学術振興会･基盤研究(A)･研究分担者, No.21244003「AdS/CFT対応とGIT安定性」30万円65

海外出張および海外研修
1. 糸山浩司：Lebedev Institute, Moscow ,Russia, 2009年5月18日-23日, the 4th International
Sakhaorv conference on Physicsに出席・発表
2. 糸 山 浩 司 ： Congress Center Hamburg, Hamburg, Germany, 2009 年 8 月 16 日 -23 日 , XXIVInternational Symposium on Lepton-Photon Interactions at High Energyに出席
3. 糸山浩司：International School for Advanced Studies, Trieste, Italy, 2009年7月16日,
2nd Workshop on Geometric Methods in Theoretical Physicsに出席・発表
4. 安井幸則：ACTP, 2009年9月18日-20日, 重力の研究集会に出席・発表
5. 安井幸則：Daejeon , Korea, 2009年9月24日-26日, 重力・弦理論の研究会に出席・発表
6. 安井幸則：ケンブリッジ大学, 2010年2月8日-17日, 高次元ブラックホールに関する共同研究およびセミナー発表.
7. 宝利剛：Paris, France, 2009年7月, 国際会議「第19回マーセル・グロスマン会議」に出席・発表
8. 宝利剛：APCTP, 浦項, 韓国, 2009年9月, ワークショップ「Future Prospects and Pssibilities
of Gravity Research」に出席・発表
9. 宝利剛：台北, 台湾, 2009年10月, ４つの研究施設（国立台湾大学・台湾師範大学・国立中
央大学・中央研究院）におけるセミナー発表
10. 宝利剛：台湾師範大学, 台北, 台湾, 2009年3月, 台湾師範大学におけるセミナー発表

その他
1.

宝利剛・大田武志・安井幸則：雑誌「Classical and Quantum Gravity」で以下の論文がHighlightof 2009 に 選 ば れ た : “Closed conformal Killing-Yano tensor and uniqueness ofgeneralized Kerr-NUT-de Sitter spacetime”, Class. Quant. Grav. 26 045015(2009).

2. 糸山浩司・安井幸則：京大基研 滞在型研究会“Branes, Strings and Black Holes”に参加 (糸山：2009年9月28日-11月1日、安井：2009年10月26日-11月1日)
3.

糸山浩司：京大基研 研究会“Recent Advances in Gauge Theories and CFTs”に参加し、座長を務めた。2010年3月1日-2日

4.
5.
6.

糸山浩司：京都大学基礎物理学研究所運営委員。
糸山浩司：理化学研究所協力研究員。
糸山浩司・安井幸則：本学物理学科の公式活動として、他研究室の教員数人とともに大手前高校のSSHプログラムを、受け入れ大学研究者として援助推進した。

66

宇宙物理研究室
石原 秀樹
浜端 広充

教授
准教授

松野 研 (数学研究所研究員)
木村 匡志(D3)
孝森 洋介(D3)伊形 尚久(D1)

龍岡 聖満(M2)高田 真聡(M1)，西脇 圭亮(M1)

研究概要＜重力理論分野＞
宇宙物理（重力）グループは，アインシュタインの一般相対性理論を基礎として， 宇宙における強い重力場を伴う物理的現象を重点的に研究している．素粒子論研究室とはコロキウ
ムを共同開催し，研究・教育も協力して行っている．また，数理物理研究室とも盛んな研究
交流がなされている．2009年度に行った研究を以下にまとめる．
1. 高次元ブラックホール（龍岡，木村，松野，石原）
重力を含む統一理論では，高次元時空が示唆される．これを検証する鍵となるのが高次元時空におけるブラックホールであると考えられている．これまで，5次元のEinstein-Maxwell系において，小さな余剰次元をもつような最大荷電ブラックホールを構成してきたが，今年度は，その手法をさらに高次元に拡張し，計量の解析性を調べた．
2. 外場からの力を受けている粒子の運動の定数（伊形，石原，古池（慶応大））
電磁場から力を受けつつ曲った時空中を運動する荷電粒子が保存量をもつために満足しなければならない方程式を導出し，特に，保存則が粒子の拘束条件上だけで成り立つような場
合の存在を示した．
3． 宇宙ひも（伊形，石原）
今年度は，５次元の回転するブラックホール時空中のトロイダルスパイラル構造をもったストリングの古典解を解析的に求めた．特に部分空間である3次元球面におけるHopf束にそったストリングの場合は，その運動方程式が変数分離できることを示した．
4． ブラックホール磁気圏（孝森、石原、木村、中尾，柳（基研研究員））
縮退するホライズンをもつブラックホールは真空磁場を締め出す効果があることが知られている． 今年度は, 縮退するホライズンをもつ球対称なブラックホールを用いて，その周りの定常軸対称force-freeプラズマ-電磁場系について研究を行った. この系の定常軸対称磁場は Grad-Shafranov 方程式を解くことで得られるが, この方程式はlight surfaceおよびホライズンという特異面をもつ. 我々は，それらの特異面をうまく取り扱いGrad-Shafranov方
程式を解く摂動的方法を考案した.
5． ボース・アインシュタイン凝縮体による曲がった時空のアナロジー（栗田，小林（東大），坪田，石原，）
ボース・アインシュタイン凝縮体（ＢＥＣ）を用いて曲った時空のアナロジーを構成し，その周りの揺らぎの量子論により，曲った時空上の量子場の粒子生成について研究している．
今年度は、粒子生成の凝縮体に対する反作用を定式化する試みを進めた．

67

＜流体・プラズマ物理分野＞
1. 非線形磁気流体波の厳密解（浜端）
円筒内の理想プラズマ中を伝播する非線形磁気流体波について、これまで数多く厳密解を見いだしてきたが、らせん対称解について再検討した結果、見落とされていた静止
流体中の波動解が存在することを明らかにした．
昨年度同様、円筒内の非理想プラズマ中を伝播する非線形磁気流体波の厳密解についても見いだすべく研究を続けている．また、HALL 効果を考慮した MHD 方程式の非線形
磁気流体波の厳密解も見いだすべく検討中であり、近々成果を公表できるものと考えている．また、昨年度に引き続き、自己重力のある、非理想の成層流体中で、温度勾配によりつくられる対流力が存在する場合の非線形磁気流体波の厳密解についても検討中である．
2. Firehose不安定の非線形発展（浜端）
温度異方性のあるプラズマ中で生じるマクロな不安定である firehose 不安定の非線形発展について研究し、イオンの有限ラーマー半径効果を考慮した CGL 方程式を数値解析することにより、firehose 不安定の非線形の時間発展を調べている．既に、知られている
非線形の解析解は不安定で、この解は現実には実現されず、実際には firehose 不安定はカ
オス的になっていくことを明らかにしている．昨年度に引き続き、解析解がカオス解へ移行するに当たり、乱れの磁気エネルギーの空間一様性が壊れていくことに着目し、その効果を取り入れた基礎方程式系を導き、その方程式系を用いて、firehose 不安定の非線形発展の数値解析を行いつつある．更に、波動・粒子共鳴相互作用等運動論的効果を考慮するため、Vlasov 方程式に基づく解析および数値シミュレーションも検討中である．
3. 大 振 幅 Alfvén波 の パ ラ メ ト リ ッ ク 不 安 定 （ 浜 端 ）これまで大振幅のAlfvén波のパラメトリック不安定に関する研究の殆どはMHD方程式に基づくもので、波動－粒子共鳴相互作用の効果は考慮されてこなかった．昨年度に引き続き、Vlasov方程式に基づいた線形解析による大振幅のAlfvén波のパラメトリック不安定への運動論的効果についての研究を進行中である．また、大振幅Alfvén波のスペクトルの広がりの効果についてもMHD方程式とともにVlasov方程式に基づいた研究についても取りかかりつつある．更に、不安定の非線形発展については、数値シミュレーションの手法を用いた研究も検討中である．

教育・研究業績
学術論文
1. M. Allahverdizadeh, K. Matsuno, A. Sheykhi,"Charged rotating Kaluza-Klein black holes in dilaton gravity",
Phys. Rev. D 81, 044001 (2010).
2. T. Igata, H. Ishihara,"Toroidal Spiral Nambu-Goto Strings around Higher-Dimensional Black Holes",Phys. Rev. D 82, 044014 (2010).
3. T. Igata, H. Ishihara,"Dynamics of Toroidal Spiral Strings around Five-dimensional Black Holes",Phys. Rev. D 81, 044024 (2010).
4. M. Kimura,"Dynamical Black Rings with a Positive Cosmological Constant",
Phys. Rev. D 80, 044012 (2009).

68

5. M. Kimura, H. Ishihara, S. Tomizawa, C.-M. Yoo,
"Topology Changing Process of Coalescing Black Holes on Eguchi-Hanson Space",
Phys. Rev. D 80, 064030 (2009).
6. K. Matsuno, H. Ishihara,"Geodetic precession in squashed Kaluza-Klein black hole spacetimes",
Phys. Rev. D 80, 104037 (2009).
7. S. Tomizawa, H. Ishihara, K. Matsuno, T. Nakagawa,"Kaluza-Klein-Kerr-Godel Black Holes - Kaluza-Klein Black Holes with Rotations of Black Holeand Universe",
Prog. Theor. Phys., 121, 823 (2009)
8. C.-M. Yoo, H. Ishihara, M. Kimura, S. Tanzawa,"Hoop Conjecture and the Horizon Formation Cross-Section in Kaluza-Klein Spacetimes",
Phys. Rev. D 81, 024020 (2010).
国際会議会議録
1. T. Igata, T. Koike, and H. Ishihara,"Killing Tensors and Conserved Quantities of a Relativistic Particle in External Fields",
12th Marcel Grossmann Meeting, Paris, France, 12-18 Jul 2009.
2. Y. Takamori, K. Nakao, H. Ishihara, M. Kimura, and C.-M. Yoo,"Force-Free Magnetic Fields on an Extreme Reissner-Nordstrom Black Hole Spacetime and
The Meissner Effect",
12th Marcel Grossmann Meeting, Paris, France, 12-18 Jul 2009.
3. T. Igata, and H. Ishihara,"Toroidal Spiral Strings in Higher-dimensional Spacetime",
19th JGRG workshop, Rikkyo University, 30 Nov to 4 Dec 2009.
4. M. Kimura,"Dynamical black rings with a positive cosmological constant",
19th JGRG workshop, Rikkyo University, 30 Nov to 4 Dec 2009.
5. Y. Takamori, K. Nakao, H. Ishihara, M. Kimura, and C.-M. Yoo,"On the Meissner-like effect of an extreme black hole",
19th JGRG workshop, Rikkyo University, 30 Nov to 4 Dec 2009.
国際会議発表
1. T. Igata, T. Koike, and H. Ishihara,"Killing Tensors and Conserved Quantities of a Relativistic Particle in External Fields",
12th Marcel Grossmann Meeting, Paris, France, 12-18 Jul 2009.
2. Y. Takamori, K. Nakao, H. Ishihara, M. Kimura, C.-M. Yoo,"Force-Free Magnetic Fields on an Extreme Reissner-Nordstrom Black Hole Spacetime and
The Meissner Effect",
12th Marcel Grossmann Meeting, Paris, France, 12-18 Jul 2009.
3. H. Ishihara,“Physical Properties of Squashed Kaluza-Klein Black holes”
12th Marcel Grossmann Meeting, Paris, France, 12-18 Jul 2009.
4. Y.Kurita, M.Kobayashi, T.Morinari, M.Tsubota, and H.Ishihara,“Spacetime analog of Bose-Einstein condensates: Bogoliubov-de Gennes formulation”
12th Marcel Grossmann Meeting, Paris, France, 12-18 Jul 2009.
5. T. Igata, H. Ishihara,"Toroidal Spiral Strings around Higher Dimensional Black Holes II"
Future Prospects and Possibilities of Gravity Research,
Asia Pacific Center for the Theoretical Physics, Korea, 18-21 Sep 2009.
6. M. Kimura,"Dynamical black rings with a positive cosmological constant",

69

Future Prospects and Possibilities of Gravity Research,
Asia Pacific Center for the Theoretical Physics, Korea, 18-21 Sep 2009.
7. Y.Takamori, K. Nakao, H. Ishihara, M. Kimura, C.-M. Yoo,"Force-Free Magnetic Fields on an Extreme Reissner-Nordstrom Black Hole Spacetime and
The Meissner Effect",
Asia Pacific Center for the Theoretical Physics, Korea, 18-21 Sep 2009.
8. T. Igata, H. Ishihara,"Toroidal Spiral Strings in Higher-dimensional Spacetime",
19th JGRG workshop, Rikkyo University, 30 Nov to 4 Dec 2009.
9. M. Kimura,"Dynamical black rings with a positive cosmological constant",
19th JGRG workshop, Rikkyo University, 30 Nov to 4 Dec 2009.
10. Y. Takamori, K. Nakao, H. Ishihara, M. Kimura, C.-M. Yoo,"On the Meissner-like effect of an extreme black hole",
19th JGRG workshop, Rikkyo University, 30 Nov to 4 Dec 2009.
学会・研究会講演
1. 伊形尚久, 石原秀樹, 古池達彦,"Killingテンソルと荷電粒子の運動の定数2",
日本物理学会2009年秋季大会, 甲南大学, 2009年9月.
2. 木村匡志, 柳哲文, 石原秀樹, 丹澤優,
"Kaluza-Klein 時空におけるブラックホール形成条件",
日本物理学会2009年秋季大会, 甲南大学, 2009年9月.
3. 松野研, Masoud Allahverdizadeh,"Charged slowly rotating Kaluza-Klein black holes with dilaton field",
日本物理学会2009年秋季大会, 甲南大学, 2009年9月.
4. 孝森洋介,"最大回転KerrブラックホールのMeissner効果とフォースフリー磁場",
日本物理学会2009年秋季大会, 甲南大学, 2009年9月.
5. 伊形尚久,"Toroidal Spiral String around Black Holes",第2回『アインシュタインの物理』でリンクする研究・教育拠点研究会, 大阪市立大学,
2009年10月.
6. 松野研,"Charged Rotating Kaluza-Klein Black Holes in Dilaton Gravity",
第2回『アインシュタインの物理』でリンクする研究・教育拠点研究会, 大阪市立大学,
2009年10月.
7. 伊形尚久,"Toroidal Spiral Strings around Five-dimensional Black Holes",
基研研究会高次元Black Hole 研究最前線, 京都大学, 2009年12月.
8. 木村匡志,"Dynamical black rings with a positive cosmological constant",
基研研究会高次元Black Hole 研究最前線, 京都大学, 2009年12月.
9. 伊形尚久,"Toroidal Spiral Strings around Five-dimensional Black Holes",
第11回特異点研究会「特異点と時空、および関連する物理」, 芝浦工業大学, 2010年1月.
10. 伊形尚久, 石原秀樹,"5次元ブラックホール周りにおけるトロイダルスパイラルストリングの動力学",
日本物理学会第65回年次大会, 岡山大学, 2010年3月.

70

11. 木村匡志, 中尾憲一, 田越秀行,"extreme Kerr ブラックホール周りにおける粒子の衝突について",
日本物理学会第65回年次大会, 岡山大学, 2010年3月.
12. 孝森洋介,"臨界ブラックホールのマイスナー効果について",
日本物理学会第65回年次大会, 岡山大学, 2010年3月.
13. 木村匡志, 中尾憲一, 田越秀行,"Extremal Kerr Black Hole は本当に線形安定か？",
第3回ブラックホール磁気圏勉強会, 大阪市立大学, 2010年3月.
14. 孝森洋介,"フォースフリーブラックホール磁気圏～BH時空におけるGS方程式の解析～",第3回ブラックホール磁気圏勉強会, 大阪市立大学, 2010年3月.
その他
1. 石原秀樹：夏期研修「相対性理論と宇宙」2009年8月26日
2. 石原秀樹：教員免許状更新講習「相対性理論と宇宙」2009年8月19日
3. 日本物理学会第15回論文賞, 2010年3月. 石原秀樹, 松野研,
“Kaluza-Klein Black Holes with Squashed Horizons”, Prog.Theor.Phys.,116, 417 (2006).

学位論文
修士論文
龍岡聖満,
"高次元Taub-NUT 空間の上に構成されたEinstein-Maxwell方程式の厳密解"(Exact solutions to the Einstein-Maxwell equation on higher-dimensional Taub-NUT spaces)
2010年3月
博士論文
木村匡志,"Higher-Dimensional Black Holes with Twisted Extra-Dimensions"(ひねられた余剰次元をもつ高次元ブラックホール)2010年 3月24日

研究助成金取得状況
1.

石原秀樹：学術振興会・基盤研究(C)（代表）「大域的に非自明な漸近平坦性をもつ高次元ブラックホール」

海外出張および海外研修
1.
2.
3.
4.
5.

石原秀樹： “12th Marcel Grossmann Meeting”, Paris, France, 12-18 Jul 2009. 出席・発表
孝森洋介： “12th Marcel Grossmann Meeting”, Paris, France, 12-18 Jul 2009. 出席・発表
伊形尚久： “12th Marcel Grossmann Meeting”, Paris, France, 12-18 Jul 2009. 出席・発表
石原秀樹： Workshop on “Future Prospects and Possibilities of Gravity Research”,
Asia Pacific Center for the Theoretical Physics, Korea, 18-21 Sep 2009. 出席・発表
木村匡志Workshop on “Future Prospects and Possibilities of Gravity Research”,
Asia Pacific Center for the Theoretical Physics, Korea, 18-21 Sep 2009. 出席・発表

71

6.
7.

孝森洋介： Workshop on “Future Prospects and Possibilities of Gravity Research”,
Asia Pacific Center for the Theoretical Physics, Korea, 18-21 Sep 2009. 出席・発表
伊形尚久： Workshop on “Future Prospects and Possibilities of Gravity Research”,
Asia Pacific Center for the Theoretical Physics, Korea, 18-21 Sep 2009. 出席・発表

72

原子核理論研究室
櫻木 弘之
有馬 正樹
古本 猛憲

中村 拓馬 (B4)
徐 裕貴 (B4)増田 耕育 (B4)

教授
准教授
(学振PD)

研究概要
1. スキルム模型によるπＮ散乱の研究：ボルン項について（有馬）
ハドロンの構造を研究するための有効模型として、スキルム模型は構成クォーク模型と並ぶ重要性をもつ。構成クォーク模型がSU(3)対称性の基本表現となるクォークを仮定することでハドロン全般の構造を記述しようとするのに対し、スキルム模型は中間子によりバリオンをソリトンとして構成しようとするものである。これはG.Chew によるBootstrap
的なアイディアに対応している。またπ中間子がカイラル対称性の破れに伴う南部Goldstone粒子としての性格をもつ、ハドロン物理のなかで特別な役割をもつこととも対応している。スキルム模型は核子やその励起状態であるΔ粒子の静的な性質をある程度説
明することができるが、基本的なπＮ散乱などには無力である、という議論がなされていた。本研究では、スキルム模型をπＮ散乱に適用するにあたり、古典解としてのソリトンを利用するためのZero-modeの取り扱いが重要であることを示した。従来の議論では、その取り扱いが不十分であった。そして、具体的にボルン項を含むπＮ振幅を書き下した。
この研究は前年度からの継続で、従来の議論との違いを明確にすることなどを行った。
2. スキルム模型によるπＮ散乱の研究：Δ共鳴について（有馬）スキルム模型をバリオン構造の研究に応用するにあたり、Zero-modeの量子化が重要であることはAdkins, Nappi, Wittenらによる研究で示されている。実際、Δ共鳴と核子の静的な性質の多くが、ソリトンをSpin-Isospin空間で集団座標による量子化を施すことにより得られる。しかし、それらZero-modeに直交する振動モードを考慮することはπＮ散乱を解
析するうえで必須である。現在、Hedgehog仮定によるソリトンを基準にして振動モードを導入し、それをπＮ散乱の計算に組み込むための準備を進めている。この研究の目的は
Δ共鳴の素性を明らかにすることにある。従来、Zero-modeの量子化に伴う回転励起としてとらえられてきた共鳴であるが、πＮ散乱のu-channelによる寄与も存在する（Chew-Low模型）。スキルム模型では、Zero-modeを含む量子化を行うことにより、それら両方の寄与を同時に扱うことができ、Δ共鳴の理解を深めることが可能である。
3.

6

O+16O 非弾性散乱における多段階過程の重要性の研究 （高階(阪大)、櫻木）
最も代表的な安定核であり二重閉殻である
16
O同士の核反応は、核反応理論や相互作用模型を検証する、いわば試金石的な役割を果たす
基本的な反応系であり、16O+16O 弾性散乱は、しばしば、核構造や核反応理論、相互作用模型を検証するベンチマークテストとして用いられてきた。しかしながら、近年、16O+16O系の核反応で、16Oをその第２励起状態（３－状態；
6.13 MeV）および第３励起状態（２＋状態 ；6.92 MeV）へ励起させる非弾性散乱の断面積が異常な振舞いをすることが、複数の研究グルー
プによって報告され、その原因の解明が求めら73れている。すなわち、16Oについての信頼性の高い核構造模型を用い、信頼性のある核間相互作用模型と核反応理論を用いてこの非弾性散乱を分析した場合、通常の方法では、非弾性散乱の断面積が実験データを大きく上回ってしまい、全く再現できない。再現しようとすれば、出口の励起状態チャネルのポテンシャル虚部の強さを極端に大きくする必要があり、その原因が不明である、とする報告が複数なされ、問題となっていた。この問題を解決するべく、これらの励起状態と強く結合する可能性のある他の励起状態の核構造や結合定数を詳細に分析し、重要と思われる励起状態を全て取り入れたチャネル結合計算を行い、その異常の原因の解明を試みた（論文１）。
4. Effect of repulsive and attractive three-body forces on nucleus-nucleus elastic scattering（古本、櫻木、山本(都留文科大)）
前年度、三体力の効果まで取り入れた核子間有効核力（複素G行列）「CEG07」を用いたdouble folding modelに基づき、原子核－原子核系の微視的光学ポテンシャルを理論的に導出し、核－核系相互作用検証のベンチマー
ク・テスト系である 16O+16O
系の弾性散乱のE/A=70 MeV
での実験データをparameter
なしで再現することに成功
したが、今年度は 16O+16O以外の散乱系, 16O+12C, 16O+28Si,
16
O+40Ca, 12C+12Cについて、E/A=21～135 MeVの広いエネルギー領域に亘って模型の検証を行い、全ての系で実験データを再現する（図左）とともに、高密度核媒質での核物質状態方程式のsaturation curve（図右）を再現する為に不可欠な三体斥力が、有限核物質系である原子核同士の散乱においても本質的な役割を果たすことを明らかにした。これは、地球上の実験室での有限核同士の散乱現象を通して、中性子星等の高密度無限核物質の物性についての重要な情報を得ることが可能であることを示した初めての例である。また、局所密度の評価法や三体引力の効果、ω-rearrangement項の効果などについても詳細な分析も行った。更に、E/A>200-300 MeVの高エネルギー領域では核間ポテンシャルが斥力になる事を予言した。（論文２）5. 複素G行列に基づくハイペロン－原子核光学ポテンシャルの研究（古本、櫻木、山本(都留文科大)）
核子(N)-核散乱系について大きな成功を収めた複素G行列(CEG07)を用いたfolding modelを拡張し、ΛやΣ等のハイペロン(Y)と原子核の光学ポテンシャルの理論的導出と、ハイパー核生成反応 (π－, K＋) の強度関数の分析を行った。具体的には、自由空間のNN, NY, YY間の自由空間での核力モデルとして、核子・核系で用いられたESC04モデ
ルと、quark Pauli-forbidden statesの効果を含むESC08モデ
ルの2種類を用いて、Σ0+28Si系の光学ポテンシャルの中心
力、スピン軌道力ポテンシャルを理論的に導出し、弾性散乱の断面積と偏極量の分析を行った。特にΣハイパー
核の束縛・非束縛にとって重要なisospin T=3/2の3S1チャネ
ルで、ESC04は引力的、ESC08は斥力的であり、そのため74

これらを用いたG行列folding modelで導出したΣ-核のポテンシャルも、ESC04では引力的、
ESC08では斥力的になり、その違いがEΣ=50～200 MeVの弾性散乱でも明確に区別できる
可能性を示した。さらに、この違いは28Siを標的核としたΣハイパー核生成反応(π－, K＋)の強度関数(π－, K＋) にも明確に表れ、現象論的なポテンシャルによる分析との比較から、
quark Pauli-forbidden statesからくる斥力効果を含んだESC08に基づく結果が現象に近いことを指摘した。これは、Σ－核間のポテンシャルが斥力的であることを示唆するものである（論文３）。
6. Study of anomalous 16O+16O inelastic scattering based on the CEG07 G-matrix（高階（阪大）古本、櫻木）
16
16
論文１で分析した O+ O系の非弾性散乱の異常は、一部はより高い励起チャネルとの結合によるflux lossの効果として説明できるが、依然として実験データとfactor 2-3の違いが未解決であった。論文１の分析では、実部には信頼性のある微視的folding model(DDM3Y
folding model)を用いていたが、虚部は全くの現象論であった為、その結論にも不定性が不可避であった。これを解決する為、この系の弾性散乱で大きな成功を収めた複素G行列
CEG07を用いた微視的folding modelに基づいてこの非弾性散乱を再分析した。その結果、相互作用の不定性を除いても、依然として非弾性散乱断面積に対する実験データとのずれは解決せず、謎のままであることが明確になった（論文4）。
7. 偏極陽子+8B散乱に7Be-core 核の励起・分解過程の効果（堀井(阪大)、土岐(阪大)、古本、高階(阪大)、櫻木）
3
4
He+ He+p三体クラスター構造を持つと思われる8B原子核と標的原子核との散乱において、8Bの三体構造がどのように反応ダイナミクスに影響を与えるかを、クラスター模型と断熱リコイル近似に基づいて分析を行った。この系は8B→7Be+p への分解閾値が0.137 MeVと極めて小さい一方、芯核である7Beの7Be→ 3He+4He分解閾値は1.538 MeVと一桁大きく、同じ弱結合であっても、fragilenessの階層が一桁異なるという興味深い系である。そこで、8B→7Be+p分解過程は、その弱結合性とクラスター質量の違いm(7Be)≫m(p)という特徴を活かした「断熱リコイル近似」で評価し、一方、分解
過 程 の 多 段 階 遷 移 が 重 要 と 思 わ れ る 7Be →3
He+4He分解過程は、より厳密なCDCC法を用いて分析を行い、これらfragileness階層の異なる三体クラスター系の反応ダイナミクスを分析した。その結果、8Bと標的核との弾性散
乱における 8B→7Be+p分解過程の効果は極めて小さいが、7Be→ 3He+4He分解過程の効果は極めて大きく、後者の効果をCDCC法で正確に取り入れることで実験データを再現できる事を明らかにした（論文5）。
8. 高エネルギー領域における核間ポテンシャルの斥力転移について（古本、櫻木）
論文２において、原子核間の微視的光学ポテンシャルの実部が、入射エネルギーが E/A＞200～300 MeV以上の高エネルギー領域では斥力になる可能性を示唆したが、このエネ
ルギー領域での実験はまだ存在せず、核間ポテンシャルが斥力である実験的証拠は（現象論的にも）まだない。そこで、この領域で弾性散乱実験を行った場合、散乱断面積の角分
布にこの斥力性が、エネルギーの変化に伴ってどのように現れるかを、散乱振幅のnearside/farside分解法を用いて分析した。更に、斥力性を検証する上での種々の理論的不定性について詳細に分析し、期待される実験誤差の範囲で、ポテンシャルの斥力性を十分実験的に検証する事が可能であることを示した（論文執筆中）。

75

9. 複素Ｇ行列CEG07に基づく重イオンglobal optical potential の研究（古本、堀内(新潟大)、高階(阪大)、櫻木、山本(都留文科大) ）現在、理研のRIBFをはじめとする不安定核ビーム実験施設で生成され核反応実験に供される、E/A=100～400 MeV領域での多くの不安定核について、それらと種々の標的核との光学
ポテンシャルが核反応分析で不可欠となるが、このエネルギー領域では、安定核でも弾性散乱の実験データが殆どなく、不安定核では更に（今後も）実験が難しいために、現象論的な
光学ポテンシャルを得ることができず、これが核反応分析の大きなネックになっている。このような中、我々は上記４.の研究により、原子核間の複素光学ポテンシャルを複素G行列によるfolding modelにより（虚部の強さについての唯一のパラメータのみで）理論的にほぼ不定
性なく構築する相互作用模型の構築に成功した。そこで、核図表の全領域の存在限界(dripline)
までのほぼすべての原子核について、この相互作用模型に基づいて複素光学ポテンシャルを理論的に計算し、そららを使いやすい形で関数化した「重イオンglobal optical potential」を作成するプロジェクトを開始した。まずは、入射粒子として炭素(C)、酸素(O)、ネオン(Ne)、マ
グネシウム(Mg)、ケイ素(Si)、硫黄(S)、アルゴン(Ar)、カルシウム(Ca)の全アイソトープ、標的核として12C, 28Si, 40Ca, 58Ni, 90Zr, 120Sn, 208Pb との光学ポテンシャルの計算を開始している。

教育・研究業績
学術論文
1. M. Takashina, and Y.Sakuragi,“Multistep effect in 16O+16O inelastic scattering”,
Phys. Rev. C 80, 014605-1 – 014605-5 (2009).
2. T.Furumoto, Y.Sakuragi, and Y. Yamamoto,“Effect of repulsive and attractive three-body forces on nucleus-nucleus elastic scattering”,
Phys. Rev. C 80, 044614 -1－044614-18 (2009).
3. T.Furumoto, Y.Sakuragi, Y.Yamamoto,“Hyperon-nucleus folding potentials in the complex G-matrix approach”,
Nucl. Phys. A 835 (2010) 362–365.
4. M. Takashina, T.Furumoto, and Y.Sakuragi,“16O+16O inelastic scattering studied by a complex G-matrix interaction”,
Phys. Rev. C 81, (2010), in press.
5. K. Horii, M. Takashina, T. Furumoto, Y. Sakuragi, and H. Toki
“Elastic scattering of 8B from 12C with internal three-cluster structure of 8B”,
Submitted to Phys. Rev. C

国際会議会議録
1. T.Furumoto, Y.Sakuragi, Y.Yamamoto, “Important role of three-body force effect in nuclear
reactions”, 19th International IUPAP Conference on Few-Body Problems in Physics
Aug.31- Sept.05.(2009), University of Bonn (Germany), (European Physical Journal Web ofConferences, 3, 06011 (2010) 9pages European Physical Journal Web of Conferences, 3, 06011(2010) 9pages)
2. T.Furumoto, Y.Sakuragi, Y.Yamamoto, “Hyperon-nucleus folding potentials in the complex
G-matrix approach”, Proceedings of the 10th International Conference on Hypernuclear andStrange Particle Physics (Hyp-X), (September 14-18, 2009, Tokai, Ibaraki, Japan)
3. Y.Sakuragi, T.Furumoto, Y.Yamamoto, “Present status of microscopic theory for complex
nucleus-nucleus interactions”, Proceeding of the International Workshop on "Hadron and Nuclear
Physics (HNP09)" (Nov.16-19, 2009, RCNP, Osaka University), World Scientific (2010), in press.

76

4. K.Horii, M.Takashina, H.Toki, T.Furumoto, Y.Sakuragi, “Elastic scattering of 8B from 12C withinternal three cluster structure of 8B”, Proceeding of the International Workshop on "Hadron and
Nuclear Physics (HNP09)" (Nov.16-19, 2009, RCNP, Osaka University), World Scientific (2010),
in press.

国際会議発表
1. T.Furumoto, Y.Sakuragi, Y.Yamamoto, “Important role of three-body force effect in nuclear
reactions”, 19th International IUPAP Conference on Few-Body Problems in Physics(Aug.31- Sept.05, 2009, University of Bonn, Germany) (Oral talk)
2. T.Furumoto, Y.Sakuragi, Y.Yamamoto, “Hyperon-nucleus folding potentials in the complex
G-matrix approach”, the 10th International Conference on Hypernuclear and Strange Particle
Physics (Hyp-X), (September 14-18, 2009, Tokai, Ibaraki, Japan) (Oral talk)
3. Y.Sakuragi, T.Furumoto, Y.Yamamoto, “Present status of microscopic theory for complex
nucleus-nucleus interactions”, International Workshop on "Hadron and Nuclear Physics (HNP09)"(Nov. 16-19, 2009, RCNP, Osaka University) (Oral talk)
4. K.Horii, M.Takashina, H.Toki, T.Furumoto, Y.Sakuragi, “Elastic scattering of 8B from 12C withinternal three cluster structure of 8B”, International Workshop on "Hadron and Nuclear Physics(HNP09)" (Nov.16-19, 2009, RCNP, Osaka University) (Oral talk)
5. T.Furumoto, Y.Sakuragi, Y.Yamamoto, “Optical potential based on complex G-matrix folding
model and characteristic energy dependence of potential and cross section”, The Sixth
International Workshop on DIRECT REACTIONS WITH EXOTIC BEAMS (DREB2009) , (Dec.
16– 19, 2009, Florida State University, Tallahassee FL, USA) (Oral talk)

学会・研究会講演
1. 古本猛憲、櫻木弘之、山本安夫「Important role of three-body forces effect on nucleus-nucleus
elastic scattering」、日本物理学会2009年秋季大会（日米原子核物理分野大会：2009年10月13－17日、ハワイ）
2. 古本猛憲：「原子核弾性散乱における三体力の効果」、科研費特定領域研究会『バリオン間相互作用に基づく核物質の構造』(2009 年6月、盛岡市)
3. 古本猛憲：「複素G 行列を用いた原子核弾性散乱の記述」、KEK理論センター研究会『原子核・ハドロン物理』, (2009 年8 月) , 高エネルギー加速器機構
4. 古本猛憲：「Study of baryon-baryon interactions through nuclear reactions」高山ワークショ
ップ「Flavor Nuclear Physics in HIDA」（2009年11月28日～30日、高山市）
5. 古本猛憲、櫻木弘之、山本安夫「原子核間における斥力的光学ポテンシャルの導出とその特性」日本物理学会 第65回年次大会（2010年3月20－24日、岡山大学）

海外出張
1. 古本猛憲: 19th International IUPAP Conference on Few-Body Problems in Physics (Aug.31Sept.05, 2009, University of Bonn, Germany)、出席・口頭発表
2. 古本猛憲: 日本物理学会2009年秋季大会（日米原子核物理分野大会：2009年10月13-17日、ハワイ）、出席・口頭発表
3. 櫻 木弘之 : The Sixth International Workshop on DIRECT REACTIONS WITH EXOTICBEAMS (DREB2009) , (Dec. 16– 19, 2009, Florida State University, Tallahassee FL, USA), 国際助言委員として出席・座長
4. 古 本猛憲 : The Sixth International Workshop on DIRECT REACTIONS WITH EXOTICBEAMS (DREB2009) , (Dec. 16– 19, 2009, Florida State University, Tallahassee FL, USA), 出席・
口頭発表

77

研究助成金獲得状況
1.

櫻木弘之：日本学術振興会科学研究費補助金（特定領域）「ストレンジネスで探るクォーク多体系」
公募研究「ハイパー核およびハイペロンー原子核散乱に現れるYN相互作用の諸特性」(分担者)
400,000円

その他
1.
2.
3.

櫻木弘之： 理化学研究所・客員主管研究員（兼職）（本林・重イオン核物理研究室）
新潟大学大学院自然科学研究科（非常勤講師：集中講義）
先端研究拠点事業－国際戦略型－（2008年度～2010年度 ）「エキゾチック・フェムトシス
テム研究国際ネットワーク」 協力研究機関・協力研究者

4.

櫻木弘之：国際会議 「Nuclear Structure and Dynamics (Dubrovnik '09,（クロアチア）), 国際助言委員会(IAC)委員
櫻木弘之：国際会議 「The Sixth International Workshop on DIRECT REACTIONS WITH EXOTICBEAMS (DREB2009), Florida,UAS), 国際助言委員会(IAB)委員

5.

6.

RIKEN RIBF Users Executive Committee (UEC) 委員(Oct.2009 – Sept.2012)78