構成研究室一覧

部屋番号

Aグループ（科学史・科学哲学）
石原 孝二 研究室 （現象学、精神医学の哲学、当事者研究）岡本 拓司 研究室 （科学史・技術史・高等教育史）
鈴木 貴之 研究室 （心の哲学、実験哲学、メタ哲学）
橋本 毅彦 研究室 （近現代における科学と技術の歴史）
廣野 喜幸 研究室 （命をめぐる歴史・社会・倫理・リスク・コミュニケーション）
藤川 直也 研究室 （言語哲学、意味論、語用論、形而上学）
三村 太郎 研究室 （イスラーム科学史）

14号館
14号館
14号館
14号館
14号館
14号館
14号館

707B
309B
701A
303
307B
705A
309A

Bグループ（素粒子・原子核理論）
大川 祐司 研究室 （超弦理論の非摂動的定式化に向けて）加藤 光裕 研究室 （素粒子論・超弦理論・場の量子論）
菊川 芳夫 研究室 （素粒子論・場の量子論（格子ゲージ理論））

16号館
16号館
16号館

321A
322A
325A

Cグループ（物性物理学・一般物理学）
池田 昌司 研究室 （統計力学・化学物理・ソフトマター物理）石原 秀至 研究室 （生物物理・非線形物理）
今泉 允聡 研究室 （数理統計・機械学習）加藤 雄介 研究室 （超伝導・超流動・量子物性）
金子 邦彦 研究室 （理論生物物理、複雑系、カオス、非平衡現象）
国場 敦夫 研究室 （可積分系，数理物理）清水 明
研究室 （物性基礎論・量子物理学）
福島 孝治 研究室 （統計物理・物性理論）
堀田 知佐 研究室 （物性理論・強相関量子多体系）

16号館
16号館
16号館
16号館
16号館
16号館
16号館
16号館
16号館

727A
430A
203B
301B
808B
302A
223A
221A
301A

16号館

222A

16号館
16号館
16号館
16号館

602A
222B
622
507A

16号館
16号館
10号館

223B
224A
403B

16号館
10号館
16号館
16号館

710B
403A
330

D1グループ（物性物理学・一般物理学）●粒子線物理学松田 恭幸 研究室 （変わりものの原子の物理）●凝縮系物理学前田 京剛 研究室 （量子凝縮の物理学：実験）上野 和紀 研究室 （薄膜・界面の電子物性）
塩見 雄毅 研究室 （トポロジー・磁性・スピントロニクス）
深津 晋
研究室 （応用量子物理学）●量子光学・量子エレクトロニクス
久我 隆弘 研究室 (量子エレクトロニクス・量子光学)
鳥井 寿夫 研究室 (原子物理学・レーザー冷却実験)
野口 篤史 研究室 （イオン・超伝導・電子ハイブリッド量子系）●生物物理学・脳科学
澤井 哲
研究室 (生命システムの物理学)
柳澤 実穂 研究室 （生命現象とソフトマターの物理学）
若本 祐一 研究室 (細胞ダイナミクスの生物物理学)
酒井 邦嘉 研究室 (脳機能計測・言語脳科学)
D2グループ（分子科学・物質科学）●分子分光学・反応動力学
横川 大輔 研究室 （電子状態理論・溶媒和理論）
真船 文隆 研究室 (化学反応学・物理化学)
長谷川 宗良研究室 (高強度レーザー科学・分子分光科学)
奥野 将成 研究室 (分子分光学・構造化学）
羽馬 哲也

研究室 （物理科学・天文学・地球惑星科学）●無機物質化学
平岡 秀一 研究室 (自己集合・新たな分子デザインと秩序形成の機構)
内田 さやか 研究室 （機能性固体の化学）●有機物質化学村田 滋
研究室 （有機光化学・有機反応化学）
寺尾 潤
研究室 （分子建築学・機能性触媒化学）
豊田 太郎 研究室 （細胞サイズの分子集合体のダイナミクス・機能創成）●兼担教員（GPESより)ウッドワード研究室 （スピン化学・光化学・量子生物学）
ジョナサン

16号館
729A
16号館
425A
16号館
509B
16号館
407
アドバンスト・リ
サーチ・ラボラト 406
リー
15号館
16号館

203A
501B

16号館
16号館
16号館

501A
702B
604

駒場国際教育研究棟

210B

History and Philosophy of Science
A グループ：科学史・科学哲学
紀要
本研究室の大学院生は東京大学教養学部哲学・科学史部会の紀要『哲学・科学史論叢』に論文を投稿することができます（査読あり）。

ゼミの様子

科学と技術、およびそれらと社会の関わりを、
人文社会科学の手法を用いて分析する
科学技術は、誕生以来、自然現象の謎をつぎつぎに解明してきましたが、現代では、社会を動かす原動力としての役割

研究会の参加者募集の掲示なども果たし、人々と社会に大きな恩恵をもたらしています。その一方で、科学技術がひきおこした自然と社会の急激な変化

グループの歴史など

は、深刻な問題も生み出してきました。当研究室では、その1951 年、東京大学教養学部に教養学科が創設されました。

ような科学技術を、科学者・技術者の視点からではなく、人教養学科は、後期課程において general education を行う

文・社会科学の視点から検討しようとしています。現代社会

新しい試みであり、そのなかに自然科学を歴史的、哲学的にのなかでは、科学技術の急速な発展の結果として、人間やそ考察するコースとして、科学史および科学哲学分科が誕生しれを取り巻く環境に対する思想的・社会的考察を抜きにしてました。科学史および科学哲学分科の実現に意をそそいだのは解決の得られない問題が急増しています。本グループでは、は、その前年にアメリカの大学を見学した際、ハーヴァード

こうした状況に対応して、科学や技術とは何であるのか、と大学の general education program のなかに哲学の N. ホワ

いう基本問題を、メタサイエンスの視点から、すなわち、歴イトヘッドと科学史の G. サートンの影響をみてとった玉蟲

史的、哲学的、倫理的あるいは社会学的観点から解明するこ文一教授でした。玉蟲教授の回顧によれば、この特異な課程とを目的とする研究と教育を行っています。

は、学外から三枝博音教授、矢島祐利教授らの協力を得て運営され、さらに大森荘蔵教授の中心的な役割によって成長し、スタッフの概要など

大学院課程である科学史科学基礎論専攻が 1970 年に拡充さ本研究室の専任スタッフは 7 名です。専門とするテーマは、れることとなりました。現在、科学史科学哲学研究室のスタ

物理学史、生物学史、医学史、技術史、高等教育史、イスラッフは大学院総合文化研究科・広域科学専攻・相関基礎科学ーム科学史、科学哲学、技術哲学、心の哲学、分析哲学、言系に所属し、
A グループとして大学院生を受け入れています。

語哲学、現象学、生命倫理、医療倫理、脳神経倫理、科学技
術倫理、リスクコミュニケーション、生命思想、環境思想、
脳神経哲学、実験哲学、メタ哲学、精神医学の哲学、当事者研究、障害の哲学などです。
専任スタッフは、大学院の講義と大学院学生の指導を担当するほか、教養学部後期課程（科学技術論コース）の講義も研究室ウェブサイト http://hps.c.u-tokyo.ac.jp/
事務室 14 号館 305B 号室

担当しています。大学院学生（修士課程）も後期課程の単位

電話 03-5454-6135 ファクシミリ 03-5454-6978

を一定程度取得することができます。また、このほかに、様々

web-admin@hps.c.u-tokyo.ac.jp

な分野の非常勤スタッフにより、講義やセミナーが行われています。

開室時間：現在は不定期。（水は原則 11 時～17 時で開室。昼休みを除く。）

修士論文・博士論文の題目の例●

ヘルマン・フォン・ヘルムホルツの初期生理学における数量化─機械論との関係に着目して─

●

クオリア表象理論の擁護 ～表象内容と色のハードプロブレム～●

社会モデルと合理的配慮─「障害学」の可能性と限界について─

●

科学的実在論論争とは何か●

放射能の探求から原子力の解放まで：戦前日本のポピュラーサイエンス

大学院生から「社会人として修士課程に入学し、科学史を専攻しています。本講座では、科学史専攻と哲学専攻の学生とが同じ講座に属しているので、分野を越えて一緒に勉強会をする有意義な機会も得ることができました。そして、博士課程に進学した今でもよく心に浮かぶのは、『求めよ、さらば与えられん。尋ねよ、さらば見出さん。門を叩け、さらば開かれん。』という言葉です。探究心を持ち続けることの大切さを、先生方をはじめ先輩方から学んでいます。」「科学史・科学哲学研究室に在籍する学生の専門分野は科学史、科学哲学、科学技術社会論などですが、各自が関心を持つ
テーマは様々です。自由度が高く、また関連分野について知るのにもよい環境ではないかと思います。院での研究生活では、一人でじっくりと文献を読むことも重要ですが、議論を通して思考を深めることもとても有意義です。研究会・検討会などでの仲間との議論は、これまでの自分の研究に大きく役立ったと感じています。
」「基本的に科哲での研究は文献を探し、１人で読むところから始まります。私自身は卒業論文で分離脳患者の人格の同一性について考え、修士課程でも引き続き心や人格について研究しています。ゼミや勉強会、論文指導での議論、学会での口頭発表など、この 1 年間さまざまな経験をすることができました。先輩がたも伝統的な哲学の文献に限らず、自然科学や社会科学の文献など幅広く読んで研究を進めておられるようです。伝統に縛られないのが科哲の特徴だと思います。
」

講義題目の例・幸福とウェルビーイングの哲学
・診断と分類の科学哲学
・科学史と科学哲学
・歴史の変動の中の科学技術
・哲学的自然主義
・生―資本主義

こんなものも研究対象です
Encyclopediaof

Science,Technology, and Ethics の邦訳を、2012 年に丸善出版社から刊行しました。多くの学生の皆さんが翻訳に参加されました。

Philosophy of Science 石原研究室
現象学、精神医学の哲学、当事者研究
精神医学の哲学に関しては、科研費プロジェクト「精神医学の科学哲学―精神疾患概念の再検討」（2012～2015 年度）の成果として、全 3 巻のシリーズ「精神医学の哲学」（東京大
学出版会、2016 年）を編集・出版した。2016 年度からは哲学・精神医学・臨床心理学・社会学・人類学など様々な分野の研究者が参加するプロジェクト「精神医学の社会的基盤：
対話的アプローチの精神医学への影響と意義に関する学際的研究」（2016～2018 年度）を行った。精神医学における対話的アプローチ対話的アプローチの例としては、フィンランド
のオープンダイアローグとイタリアのトリエステモデル、英国のリカバリーカレッジを挙げることができるが、本研究で
石原孝二

教授

Koui

はこの 3 つのアプローチや関連するアプローチの現状と思想的背景の調査を行うとともに、精神医学の従来のアプローチ

石原孝二 教授 Kohji Ishihara, Prof.

の調査も行いながら、対話的アプローチの意義と影響を評教授
http://researchmap.jp/read0052179/

価・検討し、精神医学の社会的基盤を問い直した。2019 年度
からは引き続き科研費プロジェクト「対人援助とセラピーに

大学院博士課程まではハイデガーを中心とした近現代哲

おける対話実践の身体性と社会性：対話空間のオラリティ研

学・現象学を研究してきたが、科学技術哲学、リスク論、脳究」（2019 年度～）を行っており、オープンダイアローグの

神経倫理などの研究をへて、最近では、精神医学の哲学と歴

哲学的・社会的基盤の研究などを進めている。

史、当事者研究の研究、障害の哲学などを中心に研究を進めている。

「当事者研究」の研究
近年、障害をもつ当事者による研究、「当事者研究」が注

現象学的な「心の哲学」

目を集めている。「当事者研究」とは、北海道浦河べてるの

最近の哲学的な研究の傾向の一つに、神経科学などの自然家で 2001 年から始まった研究実践であり、精神障害をもつ当

科学的な研究の成果を踏まえながら哲学的な考察を進めてい事者が、「自分自身で、ともに」自分たちが抱える問題についくということがある。現象学においても、神経科学や認知科て研究するものである。当事者研究は、障害に関する新たな学などとの交流を積極的に推し進めようとする傾向が強くな

とらえ方やコミュニケーションの新たな可能性を示すと同時っている。現象学の方法論的特徴として「一人称的視点」がに、専門知の役割についても再考を迫る。従来の当事者運動

しばしば強調されるが、そうした捉え方の是非をも検討しなや障害学の成果を踏まえながら、当事者研究がもたらす知のがら、脳科学の研究の現状を踏まえた心の哲学に対して現象性質について、哲学的検討を加えていくとともに、実践的な学の側からどのような寄与が可能なのかを探る。

意義についても考えていきたい。
当事者研究はまた、現象学の考え方に通じるところがある。

精神医学の哲学
従来から精神病理学と現象学は密接に関係してきたが、近当事者研究を現象学的な視点から見ていくことにより、当事者研究と現象学の双方を捉え直すことを試みる。

年精神医学の哲学に関する分析哲学系の議論も蓄積されてきている。現象学や分析哲学系の議論を踏まえ、科学哲学的な視点や歴史的な視点、科学技術社会論的な視点での考察も加えながら精神医学の哲学を展開することを試みる。

障害の哲学
精神医学の哲学や当事者研 究の研究を進めつつ 、障害(disability)の哲学一般を展開することも試みたい。障害のまた診断基準をめぐる議論や当事者研究の動向なども踏ま捉え方は障害者運動やイギリス障害学などによって大きく転えながら、精神疾患概念を問い直すとともに、精神医学の成換してきたが、哲学的な議論と分析が障害の捉え方に対して果が人々の「心」の捉え方にどのような影響を及ぼしている

どのように寄与し得るのかを探る。

のか、精神医学と障害当事者や社会との関係はどのようなものであるべきなのかを検討する。

連絡先
教授 石原孝二 14 号館 707B 室 03-5454-6206
16 号館 623Ａ号室 cishi08@mail.ecc.u-tokyo.ac.jp5454-6738

最近の論文・書籍
石原孝二(2020) 現象学的精神病理学と反精神医学を考える. 哲学雑誌, 134(807), 1-15.
石原孝二(2020) 精神障害（精神疾患）とは何か.榊原英輔・田所重記・東畑開人・鈴木貴之編『心の臨床を哲学する』新曜社, pp. 245-261.
Kohji Ishihara (2019) Phenomenological Psychopathology of Common Sense and Medicalization: Blankenburg and Kimura on
Schizophrenia and Depersonalization. Thaumazein (7), 21-37.
石原孝二(2019) 分ける. 中島隆博・石井剛編『東大駒場現代思想講義』白水社、2019 年 4 月、pp. 108-126.
石原孝二(2019) 診断から対話へ：ニード適合型治療からオープンダイアローグへの転換点. 臨床心理学 19(5), 546-550.
石原孝二(2019)

分類は何のためか：診断バイアスと相互作用. 精神科 34(3), 293-297.

石原孝二(2018)『精神障害を哲学する：分類から対話へ』東京大学出版会、332p.
石原孝二(2018) オープンダイアローグと当事者―フィンランドの精神保健政策とオープンダイアローグ―. 精神科治療学 33(3), 331-335.
石原孝二(2017) メンタルヘルスと精神医学における対話的アプローチ.『心と社会』48(4): 64-68.
石原孝二(2017) 当事者研究の哲学的・思想的基盤. 臨床心理学.増刊第９号「みんなの当事者研究」（熊谷晋一郎編）, 51-55.
石原孝二(2017) 認知症と精神障害：精神病理学と生物・心理・社会モデルの哲学. 臨床心理学 17(3) ,294-297.
石原孝二・河野哲也・向谷地生良編(2016) 『精神医学と当事者』（シリーズ精神医学の哲学３）、東京大学出版会.
石原孝二・信原幸弘・糸川昌成編(2016) 『精神医学の科学と哲学』（シリーズ精神医学の哲学１）、東京大学出版会.
Kohji Ishihara (2015) Learning from tojisha kenkyu: Mental health “patients” studying their difficulties with their peers. T.
Shakespeare (ed), Disability Research Today. International Perspectives. London: Routledge, pp. 27-42.
石原孝二(2015) 早発性認知症から精神分裂病、統合失調症へ：スティグマの哲学. こころの科学 180: 107-110.
石原孝二(2015) 精神病理学と薬物療法. 精神医学の基盤 1: 64-71.
石原孝二編（2013）『当事者研究の研究』医学書院.
石原孝二(2014) 精神医学における記述的方法と「機能不全」モデル：精神障害概念と「自然種」.科学哲学 47(2): 17-32.

博士論文・修士論文のテーマの例

石原孝二(2014)「精神障害」概念の行方と DSM-5(シンポジウム DSM-5 を批判的に吟味する). 精神科診断学 7(1): 16-21.
⚫ Ishihara
当事者研究の誕生（博士論文）
Kohji(2014) Roboethics and the Synthetic Approach. A Perspective on Roboethics from Japanese Robotics Research.
⚫

エナクションの現象学：身体的行為としての事物知覚と他者知覚（博士論文）
F. Michael & B. Irrgang (eds.), Robotic in Germany and Japan: Philosophical and Technical Perspectives , Frankfurt:⚫

社会モデルと合理的配慮――「障害学」の可能性と限界について（修士論文）
Peter Lang, 2014, pp. 45-58.

⚫
躁状態についての現象学的考察―期待と不安の関係に着目して―（修士論文）
石原孝二編(2013)『当事者研究の研究』医学書院⚫
認知行動療法の哲学（修士論文）
S.ギャラガー、D.ザハヴィ(2011).『現象学的な心：心の哲学と認知科学入門』、石原孝二・宮原克典・池田喬・朴嵩哲訳、勁草書房.

研究室メンバーと研究テーマ（2021 年度）
博士課程学生 7 名（休学中を含む）、修士課程学生 3 名が所属しています。研究テーマは、現象学、現象学的精神病理学、精神医
学の哲学、障害の哲学・政治哲学、知覚の哲学、認知行動療法の哲学などです。

学生へ一言
本研究室では、哲学や現象学のほか、臨床心理学、医学、作業療法学などをバックグラウンドとしている大学院生が所属しています。また医療の専門職などとして働いている社会人学生、外国人留学生が所属するなど、多様なメンバー構成となっています。哲学や現象学を専門的に研究したい方のほか、精神医学や臨床心理学、障害に関する問題などに関して学際的な視点から研究したいと考えている方を歓迎します。

History of Science

岡本研究室

科学史・技術史・高等教育史
用面を主体として理解されることが多い。しかし、古くは長岡半太郎の土星型原子模型、やや時代が下ると湯川秀樹の中間子論など、日本が世界に誇る科学上の業績には、実用上の価値がそれほど高くないものも多い。そのような点に注目しながら、明治維新以来、日本の科学研究を支えた思想的な柱は何であったのかを、学問や教育の歴史全般を見渡しながら考察しようと考えている。その際、もちろん、科学技術の実用面での役割にも十分注意を払いながら、多様な科学技術の姿をとらえていくことを志している。また、いまのところ十分には検討できていないが、日本の旧植民地における科学技術の役割についても関心がある。

岡本拓司教授岡本拓司 教授 Takuji Okamoto, Prof.

物理学史を中心に、19 世紀から現代に至るまでの、日・欧・米の科学史を研究している。この時期の科学は技術に与えた影響も大きく、また技術の発展が科学に直接に関わってくる場合も多いので、電気技術など、技術の歴史も研究対象としている。さらに、科学や工学の展開は、高等教育機関の形態
や社会において占める位置に強く規定される側面があるので、高等教育機関の歴史にも関心がある。
資料としてノーベル賞の選考資料（授賞から 50 年たつと研レーウェンフックの顕微鏡を使ってみる（2005 年 7 月、ユト
レヒト大学で開催されたセミナーで）究者には公開される）を用いることがあり、その関連から医学史の研究も行っている。また、主として教育目的であるが、たとえば生命が脅かされるような危機的状況で科学技術の果ノーベル賞選考資料を用いた各国間の研究水準の比較たす役割についての検討を行っており、NBC テロ、大地震、学生のころから、P. W.ブリッジマンという物理学者を研究

新型感染症等についての調査と教材化も試みている。

の対象にしてきたが、この人物がノーベル賞を受賞した経緯一緒に勉強してくださる大学院生の皆さんは、岡本の専門を研究するため、ストックホルムでノーベル賞の選考資料のの物理学史や技術史に近い方々が多い。しかし、科学史・技調査を行っていたところ、同資料が各国間の研究水準の比較

術史の個別の研究対象は、分野（物理学、化学…）、時代（古に利用できるのではないかと思いついた。いまのところ、日代、中世…）、地域（言語・文化等による区分）によって細か

本の科学研究に対する国際的な評価が、20 世紀前半期にどく特色づけられ、上記三つの要素が全く同じ対象を研究してのように変化していったかを検討している。ノーベル賞の受いる人を見つけるのはなかなか難しい。二つでも重なれば共賞者は多くの推薦状を参考にして選考されるが、研究対象と同研究さえ可能になるが、一つも重ならない場合でも「科学」している時期に、50 年後に公開されると知って推薦状を書や「技術」を対象にしていれば一緒に勉強することはできる。

いた人物はもちろんいないので、日本関連のものに限らず、以下では、なかなかまとめるところまで手が出ていないも推薦状の内容は多くの興味深い情報を含んでいる。資料としのも含めて、現在までに取り上げてきた対象のうちのいくつては、研究水準の比較以外にも多様な用途が考えられる。

かについて簡単に記すことにする。

http://hps.c.u-tokyo.ac.jp/staff/
日本の近代化と科学技術
日本と科学技術の関わりは、産業や軍事への応用など、実連絡先
教授 岡本拓司 14 号館 309B 号室 5454-6694
cotakuji@mail.ecc.u-tokyo.ac.jp

実験および機器の役割の（再）評価

いただきながら、歴史的実験機器に親しむことができた。ま

科学の大きな特徴は、実験を行って情報を収集する点にあた、学生時代から研究の対象としてきたブリッジマンというる。しかし、資料として残されるのは、論文などの文書であ

物理学者は、操作主義と呼ばれる一種の実験の哲学の提唱者

るため、実験（必ずしも特定の「機器」が用いられるわけででもあった。実験を行う学問として科学をとらえることによはない）を研究対象とすることは容易ではなく、また歴史的り、知識としての科学の特徴や、科学と技術の関わりを明ら機器が残されている場合でも、文書のみを扱ってきた研究者

かにすることが可能になるものと考えている。

には利用の方法が分からない場合も多い。岡本は幸いに駒場

機器類の整理に携わるようになってから、駒場キャンパス

キャンパスに残されていた第一高等学校旧蔵の実験機器を整内の駒場博物館などで機会を得て行う展示の企画・制作にも、理する機会に恵まれ、いままで大学院学生の皆さんに助けて機器を用いることが多くなった。

修士論文・博士論文の題目
1)ソヴィエト連邦における物理学哲学論争： １９３０－１９４１年

2)

電子技術総合研究所における走査型トンネル顕微鏡の開発： 原子像はいかにして得られたか

3)

第一次世界大戦期における日本の国勢調査の目的の変遷

4)メートル副原器 No.20c の来歴―保管と使用の実態―

主な論文
1)

ノーベル賞文書からみた日本の科学、1901 年‐1948 年：物理学賞・化学賞、『科学技術史』3 号（1999 年）、87～128 ページ

2)

ノーベル賞文書からみた日本の科学、1901 年‐1948 年：北里柴三郎から山極勝三郎まで、『科学技術史』 4 号（2000 年）、
1～66 ページ

3)

Uncertainty and Controllability: Bridgman, Dingler, and Dewey, Historia Scientiarum, 12:3 (2003), pp. 233-253.

4)アインシュタインが来る：大正 11 年、土井不曇理学士の恍惚と不安、『科学技術史』第 9 号（2006 年）、67～85 ページ

主な著書
1)

科学と社会：戦前期日本における国家・学問・戦争の諸相、サイエンス社、2014 年

2)

近代日本の科学論－明治維新から敗戦まで－、名古屋大学出版会、2021 年

学生へ一言
近現代を対象にしていると、文書に限らず多様な資料がまだまだ未発見のまま残されていることに気づきます。次々に新しい資料にぶつかると、整理や目録作成のためにいくら時間があっても足りないという状況になります。数行の文章に呻吟した末に論考をまとめるのも面白くはありますが、抱えきれないほどの資料から溢れ出る言葉を文章にするのも歴史研究の醍醐味です。時代に連れて変化する科学や技術の姿を正確にとらえることを可能にする資料の山が、あなたを待っています。

一高これくしょん（測量機器は情報・図形科学部会蔵）

ブーソルエクリメートル（測量機器）
弦線電流計（イギリス。1910 年頃）

ト
ラ
ン
シ
ッ
ト
（
測
量
機
器
）

Philosophy of Science 鈴木研究室
心の哲学、実験哲学、メタ哲学
これらの問題は、1980 年代から 90 年代にかけて活発に議論されていたが、その後、人工知能研究そのものの停滞によって、下火になっていった。深層学習などの技術的進展によって人工知能研究が大きく前進し始めた現在、これらの問題はふたたび重要なものとなっている。
精神疾患は脳の異常なのだろうか。そうだとしたら、なぜ、薬物療法だけでなく、心理療法や精神療法も効果を持つのだ
ろうか。精神医学における多様な理論や方法論は、本当に共存可能なのだろうか。このような問題を考察する精神医学の哲学も、近年研究が活発になっている。
これらはいずれも、いわば心の哲学の応用問題であり、心の哲学、あるいはその背景にある分析哲学の研究手法や研究
鈴木貴之 准教授

鈴木貴之 准教授
Takayuki Suzuki, Assoc. Prof.

成果を導入することによって、その進展に貢献することができるだろう。
メタ哲学
哲学が論じる問題は、過去 2500 年ほどのあいだそれほど変わっていない。そこには、誰もが認める進歩が見られるわけ

鈴木研究室では、哲学的自然主義の立場から、常識的な世界でもない。さらに、過去に哲学の一部とされてきた問題領域

観と科学的な世界観の関係にまつわる諸問題を研究している。

の多くは、現在では自然科学の一部となっている。このよう現在は、意識の科学的な理解をめぐる哲学的問題、人工知能

な歴史的経緯をふまえると、哲学という学問の本性に関して、の哲学や精神医学の哲学など、心の哲学の応用問題、哲学とさまざまな疑問が浮かぶ。哲学には固有の問題領域が存在すいう学問の本性に関するメタ哲学的考察を主な研究テーマとるのだろうか、固有の研究手法は存在するのだろうか、哲学している。

の問題に正解や進歩は存在するのだろうか、正解が存在するとしたら、どのような方法によってそれを発見できるのだろ

意識の問題
われわれがものを見たり音を聞いたりするときには、脳のさまざまな部位が活動する。それらの活動が意識経験の基盤であることは疑いようがない。しかし、なぜ特定の脳の活動が生じると特定の意識経験が生じるのだろうか。これは、意識のハード・プロブレムと呼ばれる問題である。
科学的な世界観のもとで意識のハード・プロブレムが解決可能かどうかを明らかにするには、さまざまな問題について考えてみる必要がある。意識の物質的基盤によって意識を説明することと、生命の物質的基盤によって生命を説明する
ことのあいだには、本質的な違いはあるのだろうか。もし違いがあるとしたら、それは何に由来しているのだろうか。知覚、感覚、感情といった多様な意識経験には、何らかの共通うか。哲学と人文科学者や社会科学の諸領域には、どのような共通点や相違点があるのだろうか。これらの問いは、心や道徳などの問題領域でも経験的な研究が急速に進展しつつある現在、あらためて切実な問題となりつつある。認識論をはじめとする分析哲学の成果を援用しつつ、これらの問題の検討を通じて、哲学という学問そのものの本質について哲学的に考察するのがメタ哲学である。
その他の研究領域
以上の問題領域のほか、心の哲学（素朴心理学、心の理論、身体化された心など）、実験哲学（自由意志や幸福の実験哲学）、
脳神経倫理学（自由意志と責任の問題）、科学論（近未来のテクノロジーと社会）の諸問題にも取り組んでいる。

性があるのだろうか。意識的な心的状態と無意識的な心的状
態の本質的な違いはどこにあるのだろうか。これらの問いに答えることによって、意識を科学的に理解するための道筋が明らかになるかもしれない。
人工知能の哲学・精神医学の哲学
コンピュータ・プログラムは真の知能をもつことができるだろうか。真の自律型ロボットをつくることは可能だろうか。

連絡先
准教授 鈴木貴之 14 号館 701A 号室 5454-6200
tkykszk@g.ecc.u-tokyo.ac.jp

主な著書
鈴木貴之編『実験哲学入門』勁草書房、2020 年（編著）榊原英輔・田所重紀・東畑開人・鈴木貴之編『心の臨床を哲学する』新曜社、2020 年（編著）戸田山和久・唐沢かおり編『＜概念工学＞宣言！—哲学ｘ心理学による知のエンジニアリング』名古屋大学出
版会、2019 年（共著）鈴木貴之『100 年後の世界−SF 映画から考えるテクノロジーと社会の未来』化学同人、2018 年（単著）
鈴木貴之『ぼくらが原子の集まりなら、なぜ痛みや悲しみを感じるのだろう：意識のハード・プロブレムに挑む』
勁草書房、2015 年（単著）
信原幸弘・太田紘史編『シリーズ 新・心の哲学 II 意識篇』勁草書房、2014 年（共著）信原幸弘・原塑・山本愛実編『脳神経科学リテラシー』勁草書房、2010 年（共著）信原幸弘編『シリーズ 心の哲学 I 人間篇』勁草書房、2004 年（共著）

主な原著論文「バイオサイコソーシャルモデルと精神医学の統合」『精神神経学雑誌』第 120 巻第 9 号、pp.759−765、2018 年「哲学における責任の問題」『法律時報』日本評論社、第 90 巻第 1 号、pp.33-38、2018 年「哲学における直観の信頼性」『中部哲学会年報』中部哲学会、第 47 号、pp.126-139、2016 年「脳科学と自由意志」『科学哲学』日本科学哲学会、第 42-2 号、pp.13-28、2009 年「意識のハード・プロブレムと思考可能性論法」『哲学』日本科学哲学会、第 55 号、pp.193-205、2004 年「「心の理論」とは何か？」『科学哲学』日本科学哲学会、第 35 号、pp.83-94、2002 年「日常心理学と科学的心理学」『科学基礎論研究』科学基礎論学会、第 96 号、pp.13-18、学生へ一言研究を進めるうえでの私の基本方針は、分析哲学的な理論的・概念的考察と経験諸科学の知見を参照することの両方を重視すること、そして、ある哲学の問題に内在的な視点と外在的な視点の両方をもって研究を進めることです。したがって、心の哲学の諸問題に関心のある人はもちろん、認知諸科学の理論的・方法論的問題に関心のある人、質問紙調査などの手法を用いて哲学の諸問題に新たな切り口から挑もうという人、哲学という学問の存在意義自体に疑いを抱いている人など、さまざまな人の参加を歓迎します。

研究室メンバー
2021 年 4 月現在のメンバーは博士課程の学生 6 名です。大学院生の研究テーマは心の哲学や倫理学などです。

History of Science

橋本研究室

近現代における科学と技術の歴史

橋本毅彦教授（上図：雪の結晶の研究で有名な中谷宇吉郎が、それ以前に観測研究したスパークの写真。霧箱を利用している。
）

橋本毅彦 教授 Takehiko Hashimoto, Prof.
科学技術における安全基準制定の歴史
新しい技術が発明され、世の中に新しい製品が登場すると、その製品を安定かつ安全に作動させるために、さまざまな基
近代以降の科学と技術の発展と社会との関係を研究している。

準や規格が必要となる。たとえば飛行機が誕生すると、飛行機が安全に飛行するための耐航基準、強度規格等が制定され物理学の発展とその技術への応用についてることになる。さらに飛行士の資格、飛行場の設計などにつ

１９世紀以降、物理科学はさまざまな技術に応用され、社会いても標準化が必要とされてくる。新しい技術システムが出の中に多種多様な製品を生み出してきた。また技術に応用さ現し、それが安定・安全に運行するためのさまざまな基準がれることで、科学の研究対象も自然そのものだけでなく、人定められ、それらがまた技術の発展とともに改訂されていく工物が生み出す現象の分析に研究関心が集まるようになってことになる。あるいは環境問題などにおいては、環境基準がきている。その一事例として、飛行機の登場と空気力学の発制定されるだけでなく、公害病の患者を認定する必要が生じ展をとりあげられるが、2012 年にそのテーマで本を出版した。

たが、認定制度の基礎にはさまざまな基準や規格の設定が必要とされる。他に、船舶、治水、耐震建築、防火設備、原子科学・技術の発展と図像の制作と利用について

力発電などの事例をめぐり、基準制定の歴史的経緯に関して

近代以降の科学においては図像が多く制作され利用されてき共同研究を進めてきたところである。技術史、医学史の研究た。顕微鏡で観察した小さな生物の姿、望遠鏡で観察した天者とともに、保険の歴史の研究者や技術者の方々にも参加し体の模様。さまざまな実験装置によって明らかにされた物理てもらい研究を進め、研究成果として『安全基準はどのよう現象。あるいはそのような観測道具を使わずに、自然界の動にできてきたか』を出版した。

植物や鉱物、地層構造、気象現象などが丹念に観察されて図像が描かれる。近年、このような科学、また技術や医学の活動における図像の制作と利用に関する歴史的研究が盛んに進められている。それらの内外の歴史研究を総括的にサーベイ
するとともに、いくつかのテーマに関してオリジナルな研究を進めることを計画しているところである。

連絡先
教授 橋本毅彦 14 号館 303 号室 5465-8840
t-hashimoto@g.ecc.u-tokyo.ac.jp

科学技術史の研究テーマ

製品の標準化や安全基準の設定などの経緯に着目し、そこに科学技術の歴史の研究には多くの研究テーマが可能である。

科学技術の論理ばかりでなく、多様な社会的要因が配慮され科学史の研究においても、理論の発展ばかりでなく、実験装ていることを見いだすこともできよう。科学と技術の発展と置に焦点を当て、その開発と研究上の意義を検討するテーマ

ともに、それを生みだし、支えていく制度や社会の諸活動ともある。あるいは科学研究とそれを支える制度的基盤や思想の関係にも目を向け、それら歴史的に分析していくことが本的背景との関係を探ることもできよう。技術史においても、研究室でなされている研究の共通の問題関心である。

修士論文・博士論文の題目
中国唐代の暦法における五星論について―大衍暦の補正計算法をめぐって―和算書『拾璣算法』の研究
主な著書
1)『安全基準はどのようにできてきたか』（編著）（東京大学出版会、2017 年）

2)『図説科学史入門』（筑摩新書、2016 年）

3)『「ものづくり」の科学史』（講談社学術文庫、2013 年）

4)『飛行機の誕生と空気力学の形成―国家的研究開発体制の起源をもとめて』（東京大学出版会、2012）5)『<科学の発想>をたずねて－自然哲学から現代科学まで』左右社、2010 年

主な原著論文1)「18 世紀における顕微鏡観察研究をめぐって : Ratcliff と Schickore の研究を参考に」、『化学史研究』第 45 巻、2018 年、
179－193 ページ。

2)

“The Construction of the System of Aeronautical Standards for Safe Air Navigation before World War II,” Historia
Scientiarum, vol. 27, no. 1 (2017), 4-24.

3)“Translating and Annotating Edison’s Biography in Meiji Japan,” Historia Scientiarum, vol. 26. no. 3 (2017), 192-209.

4)「科学の発展における連続性と不連続姓」、柿原泰他編『村上陽一郎の科学論』（新曜社、2016 年）、93-104 ページ。

5) “Observing Cracks, Sparks, and Snow Crystals: Torahiko Terada and His Students’ Pursuit for the ‘Physics ofForm’,” Historia Scientiarum, 23 (2013-14): 214-240.

学生へ一言

科学史・技術史に関してユニークな視点からの研究、意欲的な研究を期待しています。
研究室のメンバー

武正泰史（近世日本数学史）

関山碧（科学哲学・科学史）

渡邊香里（近代天文学史）

志村黛亞（中国科学史）

Science Studies

廣野研究室

命をめぐる歴史・社会・倫理・リスク・コミュニケーション
各自の問題意識を育てる
科学とは、その名が示す通り、常に「分科しつづける学問」
であり、ときにタコツボ化の弊害に陥る。そのような科学や技術のあり方を検討する知的営みが同種の罠に陥らないためにも、研究室全体としては総合的なアプローチを心掛けている。だが、院生時代にあまりに手を広げすぎると収拾がつかなくなるおそれがある。そのため、各人はそれぞれの問題意
識・興味関心に応じてテーマを設定し、最も適切なアプロー
チの研鑽を積むことになる。それゆえ、本研究室ではさまざ
まなテーマについて、種々のアプローチで研究が進められている；進化学に焦点を合わせ、科学と宗教の関係を探求する者、ダーウィンの進化思想を新たな視座から捉え直す者、生命思想における数量化の権力性の解明をはかる者、フランス
廣野喜幸教授における科学思想を探求する者などなど。廣野は、(1) 博物
学・自然誌の科学史・科学哲学、(2) 情報科学史・情報論、

廣野喜幸 教授 Yoshiyuki Hirono, Prof.

（3）科学コミュニケーションの哲学、(4)リスクの許容基準論（特に水銀リスクの国際比較）、(5) フーコーやアガンベンの生権力論、そしてネグリ＆ハート、あるいはラジャンの経代理母は倫理に悖るかどうか。未来世代のために自然保護

済的生権力論・生―資本主義論の研究に取り組んでいる。
すべきか、今現に生きている人の利益を優先すべきか。映像
配信のコピーの利便性と著作権のかねあいはどこに求めるべきか。技術者は想定外・常識外れの使用法による事故まで想定して製品を開発しなければならないのか。そして、企業はそうした使用法による事故に対してまで責任をとらなければならないのか。クローン人間作成だけでなく、クローン関係の研究自体も法的に規制すべきか。
これらは、それぞれ生命倫理・環境倫理・情報倫理・工学
倫理・ビジネス倫理・科学倫理の研究テーマの一端である。
正義とはいったいいかなるものかといったテーマを考究する
伝統的な倫理学に対して、具体的な諸問題に対する現実的解
答を与えようとするこうした諸学問は応用倫理学・実践倫理学と呼ばれ、1970 年代以降盛んになってきた。これら応用倫理学が扱うテーマは、科学技術によって生み出された場合が多々ある。つまり、応用倫理学のテーマの多くは広い意味での科学技術倫理学なのである。そこでは、科学技術の進展を

人体実験を告発したビーチャー教授の論文「倫理と臨床研究」。バイオエシックスが生まれる一つの契機となった。私たちの研究室も、こうした画期となる研究を目指している。

社会がどうコントロールするかが重要な課題となってくる。
そうした課題に応えるためには、科学技術と社会の関係を適切に解明しておかなければならない。
こうした問題意識から、私たちの研究室では、生命に関する科学・知的営みを対象に、歴史学的・哲学的・倫理学的・
社会学的・リスク論的・コミュニケーション論アプローチを総動員して、医学・生命科学の現状と社会の関係を明らかにし、あるいは過去の医学・生命科学のあり方を詳らかにし、現在に至るまでの歴史的経緯を究明する中で、よりよきあり方のビジョンを提起するための模索をつづけている。

http://hps.c.u-tokyo.ac.jp/staff/_data/hirono_
yoshiyuki/index.php
連絡先
教授 廣野 喜幸 14 号館 307B 号室yhirono@g.ecc.u-tokyo.ac.jp5454-6960

修士論文・博士論文の題目
修士論文
1) クライシス・コミュニケーションにおける規範モデルの探究
2) シモーヌ・ヴェイユの科学思想―コミュニティ活用モデルの可能性――「類比」概念に着目して―

3) 新たな＜人間の尊厳＞概念の基礎付づけ――能力主義的な人間観の克服を目指して―

博士論文
1) 湯の沢部落と日本のハンセン病政策 －自由療養地研究と医学の進展を中心として－2)

イブン・スィーナーの中期作品における生命思想

主な著書
1) 廣野喜幸（2013）『サイエンティフィック・リテラシー：科学技術リスクを考える』丸善.
2) 藤垣裕子・廣野喜幸編著（2008）『科学コミュニケーション論』東京大学出版会.
3) 廣野喜幸・市野川容孝・林真理編著（2002）『生命科学の近現代史』勁草書房.

主な原著論文1) 廣野喜幸（2021）「科学者の社会的責任―専門知の失敗と責任システム」、金子務・酒井邦嘉[監修]・日本科学協会[編]『科学と倫理ーAI 時代に問われる探究と責任』中央公論新社、53-74 頁。
2) 廣野喜幸（2020）「生命倫理」、藤垣裕子[編]『科学技術社会論の挑戦２――科学技術と社会』東京大学出版会、
190-210 頁。
3) 廣野喜幸（2019）「人体の商品化と生権力」、『科学技術社会論研究』17:18-36 頁。
4) Hirono, Yoshiyuki (2015) AIDS Patients Due to Transfusion of HIV Infected, Non-heat-treated Blood
Products. In: Fujigaki, Yuko (ed.) Lessons From Fukushima: Japanese Case Studies on Science, Technology

and Society, pp. 195-218.
5) NAKAO Gyo (2021) The Lotus Sutra and Evolution: Hayata Bunzo's Theory of Life, Historia Scientiarum,
30(2):91-112.
6) 齊藤万丈（2020）ダーウィンにおける変異と種の比較の問題：「エッセイ」（1844）」と『種の起源』（1859）『生
物学史研究』100:31-52。
7) 古俣めぐみ（2017）「日本における「脳死＝人の死」規定とその根拠」、『哲学・科学史論叢書』19: 73-95。

学生へ一言

廣野研は ”3S=Slow Science Studies”をモットーにしています。ゆっくり急いでみませんか。
研究室のメンバー
中尾 暁

（Ｄ３）

進化思想史。ロッツイと早田文蔵の比較思想。

齋藤 万丈

（Ｄ３）

進化思想史。ダーウィンの発生学と進化学の概念史。社会人です。

古俣 めぐみ（Ｄ３）

生理学における数量化と生権力論。

天野 美香

（Ｄ２）

移動することをめぐる思想分析。社会人です。

鶴田 想人

（Ｄ１）

フランス科学思想史、中世医学思想史。

上村 大地

（Ｍ２）

物活論の思想史。

奈須野 文槻（Ｍ２）

医学情報システムの比較制度分析。

上嶋 大樹

（Ｍ１）

ハンセン病の歴史分析。精神科医。

太田 充胤

（Ｍ１）

予防医学論。内科医。

大森 隆暉

（Ｍ１）

エピステモロジー＆ベルグソン。

宮崎 哲

（Ｍ１）

科学コミュニケーション論。

Philosophy of Science 藤川研究室
言語哲学、意味論、語用論、形而上学
経験科学と哲学が生産的な仕方で交流する研究領域である。
言語学と言語哲学の共同作業の一つの雛形は、哲学者が提供した基礎的な道具立てや枠組みを、言語学者がさまざまな具体的な言語現象に適用するというものである。自然言語に対するモデル論的意味論はモンタギューの仕事を端緒とする。
グライスの会話的推意の理論は現代の語用論の基礎である。
より最近の事例としては、表出表現の意味論はカプランの仕事をベースにしているし、あるいはファインの truth-makersemantics はこれから意味論の新たな枠組みとなるかもしれない。また、ヘイトスピーチやジェンダーのなど社会生活と深く関わる主題を扱う応用言語哲学とでも呼ぶべき研究も盛
藤川直也

准教授

んになっている。

藤川直也 准教授

意味論と形而上学

Koui
教授

Naoya Fujikawa, Assoc. Prof.

意味論、特にモデル論的意味論の基礎に関する哲学者たち
仕事は、ある種の形而上学的な考察、すなわち、自然言語に対するモデル意味論的意味を与える際になにが基礎的な存在者としてモデルに含まれるのかという観点から考察される形

言語、特に意味の問題に言語哲学と言語科学の両方の観点か而上学と見ることができる。自然言語形而上学と呼ばれるこら取り組んでいる。固有名の意味論・語用論を出発点に、非の形而上学は、自然言語の意味を形而上学理論のデータとと

古典論理をもちいた形而上学とその形式意味論への応用、言ることで、その他の形而上学とは幾分異なる評価基準を私た

語諸科学において様々な仕方で用いられる意味概念についてちに与えてくれる。たとえば、しばしば異様な存在論と見なのメタ意味論的考察などをテーマとして研究を進めている。

されるマイノング主義を、自然言語の体系的意味論の中に組み込むことで、自然言語形而上学の観点から見直す、という固有名の意味の問題

ことも十分可能であろう。

人や建造物には大抵、名前がついている。そして私たちは日々そうした名前を使っている。名前の使い方がわからなく

意味の科学とメタ意味論て困るといったことはそうない。にもかかわらず、固有名の言語に関する現代の科学的探求は多岐にわたる。それは心意味はいったいなんなのかという問いに答えるのは容易では理学的・生物学的アプローチ（心理言語学、言語認知神経科

ない。実際その問いは多くの言語哲学者たちを悩ませてきた

学、生物言語学など）と数理的アプローチ（形式意味論、自（カプランの言葉を借りれば、固有名というのは、乗るのは然言語処理など）とに大別できるが、それぞれのアプローチ

簡単だが乗り方を正確に説明するのは難しい自転車のようなにおいては、方法論的な違いがあるだけでなく、基礎概念のものである）。現代言語哲学の古典中の古典であるフレーゲ

理解においても食い違いが見られる。こうした状況は特に意の「意義と意味について」やラッセルの「表示について」で味に関する研究において顕著であり、研究分野が違うと意味考察されたいくつかの問題−−命題的態度報告文での固有名の概念も異なるということがしばしばある。こうした意味概念

代入の問題や、存在しないものの名前の問題−−はいまだに決の多様性は、意味についての経験科学の全体像は見えにくく着がついていない。最近では、固有名が述語的に使われるケ

し、異分野間の共同研究の妨げとなっている。これら様々なースをどう扱うのかという問題が盛んに論じられている。さ

分野で用いられている意味概念を精査し、言語的意味とはいらには固有名をめぐる問題は近年注目を集める実験哲学におったいなんなのかについて、言語科学の諸理論が共有可能ないても重要な役割を担っている。

答えを提示するというメタ意味論的探求は、これからの言語哲学における重要な課題の一つであろう。

言語哲学の「自然化」
自然言語の意味や使用を対象とする哲学的探求は、形式意
味論と語用論という研究分野へと発展し、それらはいまでは
理論言語学の一部となっている。上で見た固有名の意味の問

連絡先題に取り組むには、こうした自然言語の経験探求としての意

准教授 藤川直也 14 号館 705A 室 5454-6202
cfjnaoya@g.ecc.u-tokyo.ac.jp
16 号館 623Ａ号室
5454-6738

味論・語用論という観点が不可欠である。意味論と語用論は、

主な著書

藤川直也 (2014) 『名前に何の意味があるのか—固有名の哲学---』、勁草書房

主な原著論文Deguchi, Y and N. Fujikawa (2021). Dialetheism in the Work of Nishida Kitaro, in Deguchi, Y.,
J. Garfield, G. Priest and R. Sharf (eds.) 2021. What Can’t Be Said: Paradox andContradiction in East Asian Thought, Oxford University Press, pp. 123-142.
Fujikawa, N. (2020). Hallucination as Perceiving Nonexistent Objects: Noneist Direct Realismof Perception, in D. Hyde (ed.), Noneist Explorations II: The Sylvan Jungle - Volume 3,
Synthese Library 432, Springer, pp. 391-420.
Priest, G., N. Fujikawa, F. Casati and F. Berto (2020). Modal Meinongianism and Object
Theory: a Reply to Bueno and Zalta, Australasian Journal of Logic, 17:1, 1-21.
Fujikawa, N. (2018). `Exploring Routley’s Nuclear Meinongianism and Beyond’, Australasian

Journal of Logic, 15:2, 41-63.
Casati, F. and N. Fujikawa (2017). `Nothingness, Meinongianism and Inconsistent Mereology’,

Synthese, online first publication.
Fujikawa, N. (2016).

`Coordination and Anaphora in Attitude Contexts’, Proceedings of theThirteenth International Workshop of Logic and Engineering of Natural Language
Semantics (LENLS 13), pp. 27-40.
Casati, F. and N. Fujikawa (2016). `Nonexistent Objects as Truth-Makers: Against Crane’s
Reductionism’, Philosophia, 44: 2, 423–434.
Casati, F. and N. Fujikawa (2015). `Better than Zilch?’, Logic and Logical Philosophy.

24,

255-264.
Fujikawa, N. (2014). `The Semantics of Intensional Transitive Verbs in Towards Non-Being’,Contemporary and Applied Philosophy, 6, 1-15.

学生へ一言
言語哲学、言語科学についての専門的研究を軸足としつつ、その他の分野にも関心のアンテナをはりながら研究していきましょう。

研究室のメンバー
2021 年 4 月現在での研究室のメンバーは、修士課程の学生が 2 名、博士課程の学生が 1 名、日本学術振興会特別研究員（PD）が 2 名です。言語哲学、心の哲学、知覚の哲学、論理学の哲学などのテーマで研究を進めています。

History of Science

三村研究室

イスラーム科学史（上図は、ヒッポクラテス『箴言』シリア語アラビア語対訳
三村太郎

准教授

Koui

三村太郎
准教授 Taro Mimura, Assoc. Prof.
教授

写本の冒頭部分。パリ国立図書館所蔵。
）

天文学者としてのイブン・ハイサム
さらに、以上のアラビア語翻訳活動に支えられたイスラー
ム文化圏での科学研究活動に関しても研究してきた。例えば、近年はイブン・ハイサム（965～1040 頃）によるギリシャ天

科学史上重要な位置を占めているにも関わらず一次資料の大半が写本のまま残されており研究課題が数多く存在するイ
スラーム文化圏における科学史に関心を持ち研究を行っている。とりわけ、ギリシャ語科学文献のアラビア語訳といった翻訳活動が科学史上で果たした役割を、アラビア語写本の文献学的研究から明らかにしようとしている。

ギリシャ語科学文献のアラビア語翻訳活動
イスラームによる支配体制を確立した初期アッバース朝において、大量のギリシャ語科学文献がアラビア語に翻訳された。その代表的な翻訳者がフナイン・イブン・イスハーク（830頃活躍）である。彼は、ギリシャ医学の中心人物のひとりガレノスの著作の大半をアラビア語に翻訳した。さらにフナインは息子のイスハーク・イブン・フナイン（830 頃～900 頃）
や数人の親族たちと翻訳サークルを結成し、大量のギリシャ語科学文献のアラビア語訳を作成した。その結果、イスラー
ム文化圏では、アラビア語翻訳文献のみでギリシャ科学を学ぶことのできる土壌が出来上がった。このように、アッバー
ス朝でのアラビア語翻訳活動はイスラーム科学史にとって重要である。にもかかわらず、アラビア語訳活動の全貌はつかめていない。その主たる理由は、主要なギリシャ語科学書のアラビア語訳のテクストが公刊されていないためである。そのため、アラビア語翻訳活動の実態を解明しようと、アラビ

文学研究の展開に関心を寄せている。
イブン・ハイサムは、ラテン名アルハゼンとして知られており、彼の『光学』が十二世紀頃ラテン語に翻訳されること
で、ヨーロッパにそれまで存在しなかった実験に基づく数理
科学的な光学研究がもたらされ、その後のヨーロッパでの光学研究は大いに発展した。イスラーム科学史における彼の業
績を総覧すると、その研究対象は光学にとどまらず、むしろ数学や天文学に関して数多くの著作を残したことに気づく。
とりわけ、天文学書『世界の構造について』はプトレマイオ
スの惑星モデルを忠実に用いてそれを立体化する仕方をはじめて明示したものとして知られている。他方、イブン・ハイ
サムは『プトレマイオスへの疑問』という別の著作において、プトレマイオス惑星モデルに含まれるアリストテレス自然学に反する要素を多数指摘することで厳しくプトレマイオスを批判した。
ここで『プトレマイオスへの疑問』にみられるイブン・ハ
イサムのプトレマイオスに対する態度が『世界の構造について』での態度と全く異なることは興味深い。彼が天文学研究を進める中でプトレマイオスへの態度を大きく変化させたことはたしかである。そこで、彼の天文学書群を詳細に検討することで、プトレマイオス観の変遷を跡付けようとしている。
このケース・スタディーを通じて、イスラーム文化圏でのギ
リシャ科学研究の実際について考えている。

ア語訳のテクストの確定を進めてきた。
（例えば、医学教育で盛んに用いられたヒッポクラテス『箴言』とそれに対するガレノスによる注釈書のフナインによるアラビア語訳の本文校訂作業を行ってきた。
）今後は、フナインの翻訳サークルが編
んだアラビア語訳文献群を校訂し、その内容をギリシャ語原典と比較し詳細に分析することで、彼らのアラビア語翻訳技術を明らかにしていきたい。

連絡先
准教授 三村太郎 14 号館 309A 号室
taromimura@g.ecc.u-tokyo.ac.jp
16 号館 623Ａ号室
5454-6738

主な著書
1.

三村太郎『天文学の誕生―イスラーム文化の役割』岩波科学ライブラリー、岩波書店、2010．

2.

F. Jamil Ragep and Taro Mimura eds. and trs., Epistles of the Brethren of Purity: On Astronomia(an Arabic Critical Edition and English Translation of EPISTLE 3), Oxford; New York: Oxford
University Press in association with the Institute of Ismaili Studies, 2015.

主な原著論文1.

Taro Mimura, "Ghulāms (Slave Boys) and Scientific Research in the Abbasid Period: The Exampleof the Amājūr Family", Historia Scientiarum 29 (2020), 182-197.

2.

三村太郎「イスラームと科学技術」、金子務監修・日本科学協会編『科学と宗教―対立と融和のゆくえ』中央公論新社、2018、115–137．

3.

三村太郎「伝統と改良の狭間で―アヴィセンナ以後のギリシャの学問教授の展開」、佐藤直子編『中世における制度と知』知泉書院、2016、3-33．

4.

Taro Mimura, “Too Many Arabic Treatises on the Operation of the Astrolabe in the Medieval Islamic
World–Athīr al-Dīn al-Abharī’s Treatise on Knowing the Astrolabe and His Editorial Method”, inRodríguez-Arribas, J., Burnett, C., Ackermann, S., & Szpiech, R. eds., Astrolabes in Medieval
Cultures, Leiden: Brill, 2018, pp. 367-405.

5.

Taro Mimura, “Comparing Interpretative Notes in the Syriac and Arabic Translations of the
Hippocratic Aphorisms”, Aramaic Studies 15 (2017), 183–199.

6.

Taro Mimura, “A Reconsideration of the Authorship of the Syriac Hippocratic Aphorisms: The
Creation of the Syro-Arabic Bilingual Manuscript of the Aphorisms in the Tradition of Ḥunayn ibnIsḥāq’s Arabic Translation”, Oriens 45 (2017), 80–104.

7.

Taro Mimura, “A Glimpse of Non-Ptolemaic Astronomy in Early Hay’a Work – Planetary models in
ps. Mashā’allāh’s Liber de orbe”, Suhayl: Journal for the History of the Exact and Natural Sciencesin Islamic Civilization 14 (2015), 89–114.

8.

Taro Mimura, “The Arabic Original of (ps.) Māshā’allāh’s Liber de orbe: its date and authorship”, The
British Journal for the History of Science 48 (2015), 321–352.

9.

Taro Mimura, “Quṭb al-Dīn Shīrāzī’s Medical Library—Al-Tuḥfa al-Sa‘dīya (Commentary on volume 1

学生へ一言
of Ibn Sīnā’s al-Qānūn fī al- Ṭibb) and its Sources”, Tarikh-e ‘Elm 10-2 (2013), 1–13.
ぜひ一緒にいろいろな言語で書かれた科学文献を読みましょう。

研究室のメンバー

2021 年 4 月現在での研究室のメンバーは、修士課程の学生が 1 名（ヨーロッパ錬金術史）です。

Particle and Nuclear Theory
B グループ：素粒子・原子核理論
素粒子理論
素粒子論は、言うまでもなく、可能な限りの極微のスケールにおける自然界の成り立ちを探求する学問である。現存する加速器による実験で調べることができる長さのスケールは約10-18cm に達しつつある。そして、このスケールまでの物理は「量子色力学」及び Weinberg-Salam の「電弱統一理論」と呼ばれるゲージ理論によって説明され得ることがほぼ確立されたと考えられている。従って、現在の素粒子論の理論的研究の大勢は、よりミクロなスケールにおける、重力をも含
んだ統一理論の構築をめざしているといってよい。この方向の有力な試みとして、「超弦理論」が盛んに研究されてきている。超弦理論が統一理論として機能するためには、まだ幾多の基本的困難を克服しなければならないことは言うまでもないが、最近の双対性、ブラックホールの解釈、AdS/CFT 対応等に関する目覚ましい進展は、近い将来大きな発展が起こることを予感させるものがある。また、超弦理論の数学的構
造は統計多体系の相転移現象と密接に関係しており、その方面の研究とも表裏一体となっている。研究テーマはこうした素粒子理論研究の世界的状況を反映し、超弦理論を中心として量子宇宙論から凝縮系物理までにわたる幅の広いものとなっている

益川敏英教授と素粒子原子核理論グループのメンバー
2009 年 5 月 9 日の駒場での講演会の後，311 号室にて●研究室の活動
学期中は、国内外の研究者を招き様々な研究テーマについての発表を聞き討論するセミナー、及び研究室メンバーが最新の進展を紹介する文献紹介が開かれる。これらに加えて、研究室メンバー自身の研究発表とそれに対する討論、共通する
課題についてのグループ勉強会等が適宜行なわれる。大学院
生は、できるだけ早い時期からセミナーや文献紹介等に参加
し議論に積極的に加わるように努めることが要求される。また研究室の運営は、大学院生も役割の一部を分担して行って
いる。

●メンバー
スタッフは 大川祐司、加藤光裕、菊川芳夫（以上教授）、奥●博士論文・修士論文のテーマ

田拓也 (助教)の 4 名。大川研究室は独立した研究室運営を行

1) Entropy of the Janus interface in superconformal field

なっており、以下では大川研究室以外について記載する。大学院生は、2021 年度、修士課程 3 名、博士課程 6 名の計 9 名

theoriesが在籍している。研究室ごとの研究指導も行っているが、大2) de Sitter 時空の対称性および解析性を用いた宇宙論的相関関数

学院生は指導教員であるか否かに無関係にどのスタッフからの解析も積極的に助言を受けたり議論をすることを奨励している。

3) トポロジカル場の量子論とコボルディズム不変量

参考のために大学院生の進路について簡単にふれておこう。
過去約 40 年間において本研究室で大学院を終えて博士号を4) 開弦の場の理論の低エネルギー極限でのゲージ不変演算子

取得した者のうち 27 名が国内外の大学等の教授、准教授、講5) 格子ゲージ理論におけるアノマリー流入機構の再定式化および格師、助教等（秋田大、茨城大、ヴィットウォーターズランド

子カイラルゲージ理論の構成

大、大阪大、大阪市立大、韓国基礎科学研究所、京大、九州
大、久留米高専、神戸大、静岡大、島根大、CERN、拓殖大、

6) 重力理論と双対な模型としての SYK 模型

千葉大、筑波大、東大 2 名、東工大、東北大 3 名、豊田工業
大、名古屋大、福井大、理化学研究所 2 名）
、5 名が国内外のポスドクを務めて活発に研究を行なっている。その他の人も修士課程だけの修了者を含めて大多数が企業等で活躍中である。

http://hep1.c.u-tokyo.ac.jp/

原子核理論
原子の中心わずか 10－15 m スケールの領域を占める原子核は、陽子と中性子が強い相互作用によって凝集した束縛系であり、●研究室の活動

私たちを構成する原子のほぼ全質量を担っている。原子核物

教員は独自にハドロン物理の研究を行っているが、研究テ

理学は、原子核のスケールから陽子中性子（及びパイ中間子

ーマによっては素粒子理論研究室のメンバーと議論したり勉など強い相互作用するハドロン粒子）を構成するクォークと強会を持ったりする。また、国内外の研究者との共同研究にグルーオンのスケールに至る階層の物理現象を、強い相互作も積極的に参加している。例えば、クォーク・グルーオンプ

用の基礎理論である量子色力学（ＱＣＤ）とその有効理論をラズマ研究に関して Heavy Ion Café という実験家・理論家をに基づいて統一的に理解することを目指している。強い力の交えた関東地区半定期セミナーに加わっている。

源となるカラー荷を持つクォークとグルーオンは、通常は、ハドロン内に閉じ込められているが、宇宙初期の高温状態あるいは中性子星芯部の超高密度状態などの物理条件では、閉● 最近の博士論文・修士論文のテーマ
1)

Chiral random matrix model for the QCD phase diagram2)

Quarkonium production in high energy pA collisions

近では、RHIC と CERN の衝突型加速器を用いた超相対論的原3)

Quark-hadron phase transition in PNJL model

子核衝突実験においてクォーク・グルーオン物質と呼ぶべき

4)

Initial stage of heavy ion collisions and strong fields

じ込めから解放される。このクォーク・グルーオン自由度が顕在化した状態をクォーク・グルーオンプラズマと呼ぶ。最状態が実現できたとして研究者の注目を集めている。当研究室では、このような極限条件の QCD 物質を対象に研究を行っている。例えば、カラー閉じ込めとカイラル対称性の実現に関するＱＣＤ相構造、相転移の動的振舞い、超高エネルギー
反応に現れるハドロンの普遍的構造、原子核衝突事象初期を理解するための非平衡の場の理論や強いゲージ場による非摂動現象など幅広い課題が含まれる。また、有限密度ＱＣＤの統計力学平均に現れる符号問題について基礎的な研究も対象としている。

●メンバー
現在のスタッフは 藤井宏次（助教）である。
駒場原子核理論研究室はこれまでに分野をリードする多くの研究者を輩出して来た。近年においても、東大理学部やKEK、国立および私立大学で教員として活躍している先輩や、北京の研究所に研究室を構える先輩もいる。最近の学位取得者の進路としては、KEK、京大基研、理研や、海外（欧米、中国、韓国など）の研究機関で、学振特別研究員や当該機関の博士研究員として研究を続ける例や、官庁・民間企業に就職する例があり、それぞれの場所で活躍中と聞いている。

奥田拓也助教（素粒子論）

藤井宏次助教（原子核理論）

http://nt1.c.u-tokyo.ac.jp/

Physics

大川研究室
研究室

超弦理論の非摂動的定式化に向けて

場の量子論には非摂動的な定義があり、摂動論で使うファイ
ンマン図の規則はその定義から導かれるものですが、弦理論ではこのファインマン図の規則が与えられているだけで、それが何から導かれるのかは分かっていません。これが弦理論
が摂動的にしか定義されていないという意味です。すなわち、弦理論の基本的な自由度は何なのかが分かっていないのです。

弦の場の理論
弦理論の非摂動的な定式化に向けてのひとつの自然なアプローチとして、弦理論の摂動論を再現するような弦の場の作用を構成するということが考えられ、そのような理論は弦の場の理論と呼ばれています。弦の異なった振動状態は無限種類の異なった粒子を表わし、弦の場の理論の運動方程式は無限大川祐司教授種類の無限個の場が無限回の微分を含む非局所的な相互作用をする非線形な連立方程式になります。とても手に負えない

大川祐司 教授

Yuji Okawa, Prof.

ような非常に複雑な系ですが、私の友人でもある Schnabl が2005 年に運動方程式の解析解の構成に成功しました。Wittenがこの運動方程式を書き下したのが 1986 年ですから、約 20年を経て初めて構成された解析解です。

一般相対性理論と量子力学をひとつの理論的な枠組みの中で矛盾なく記述することは、現在の理論物理学における最も重要な課題のひとつです。超弦理論はこの難問に対する重要な手がかりを与えると期待されていますが、摂動的にしか定義されていない未完成な理論であり、その非摂動的な定式化に向けての研究を行っています。特に近年は弦の場の理論を集中的に研究しています。

弦理論の基本的な自由度は何か？
弦理論は、素励起が粒子的ではなく、１次元的に広がった弦のようにふるまうと考える理論です。例えば次のファインマ
ン図は、ひとつの弦が２つに分裂する過程を表わしています。

この解析解の構成の際に重要な役割を果たしたのは、共形場の理論を用いた弦の場の理論の記述です。上の図は、先ほどのファインマン図を共形場の理論の対称性である等角写像を用いて座標変換したものです。左右の半直線は同一視されています。

http://okawa.c.u-tokyo.ac.jp/
連絡先
教授 大川 祐司 16 号館 321A 号室
okawa@g.ecc.u-tokyo.ac.jp5454-6538
ごう号室 5454-6738

弦の場の理論における解析的手法の発展

簡単化されたボゾニックな弦理論でしか構成されていなかっこの座標系では、赤、青、緑の線で表わした弦の運動がそれた解析解の超弦理論への拡張に、Erler というやはり友人でぞれ短冊状の領域で表わされ、複雑な相互作用が短冊を張りもある若手研究者と同時期に独立に世界で最初に成功しまし合わせたりすることで視覚的に理解できます。これまでこのた。現在、このような世界最先端のテクノロジーを使って、ような解析的手法を開発・整備し、Schnabl による解析解の世界各国の共同研究者と議論しながら弦の場の理論の研究を構成以来、急速に進展している弦の場の理論の研究に貢献し進めています。そのほか過去には行列模型や非可換幾何学にてきました。2007 年には米国マサチューセッツ工科大学

基づくゲージ理論などの研究をしており、弦理論の非摂動的(MIT) や米国ニューヨーク州立大学のグループとの共同研究定式化に関して幅広い興味を持っています。

で、新たな解析解の構成に成功しました。さらにそれまでは主な原著論文1)

H. Kunitomo and Y. Okawa, “Complete action for open superstring field theory,” PTEP 023B01 (2016).
（日本物理学会第２２回論文賞受賞）

2)

Y. Okawa, "Comments on Schnabl's analytic solution for tachyon condensation in Witten's open string field theory,"
JHEP 0604, 055 (2006).

3)

N. Berkovits, Y. Okawa and B. Zwiebach, “WZW-like action for heterotic string field theory,” JHEP 0411, 038 (2004).

4)

Y. Okawa and H. Ooguri, “Exact solution to the Seiberg-Witten equation of noncommutative gauge theory,” Phys.
Rev. D 64, 046009 (2001).

5)

Y. Okawa and T. Yoneya, “Multibody interactions of D particles in supergravity and Matrix theory,” Nucl. Phys. B
538, 67 (1999).

学生へ一言
私は駒場素粒子論研究室の出身で、その後米国カリフォルニア工科大学 (Caltech) で３年間、続いて米国マサチュー
セッツ工科大学 (MIT) で３年間、ポスドクとして経験を積み、さらにドイツのハンブルクにある DESY という研究所で１年間を過ごしてから地球を１周して駒場に戻ってきました。超弦理論に興味のある方は、ぜひ私の研究室の扉を叩いて下さい。場の理論と弦理論の基礎をしっかりと身につけ、小さな問題でも良いですからそのことについては世界中の誰にも負けない、というところまでつきつめて博士論文を書き、その実績と経験を手に世界に旅立ち、今までと違う環境で研究の幅を広げて行って欲しいと思っています。そういう意欲のある学生のみなさん、ぜひ一緒に研究しましょう。

Physics
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のそれぞれに統計性が逆の「相棒粒子」の存在を予言する。
また、極めてミクロなスケールでは空間の次元が３次元よりも大きいと仮定する余剰次元模型も提案されている。

写真加藤光裕教授# # ,/324./10#+-30%#
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2008 年のノーベル物理学賞が、素粒子論の南部陽一郎、小林誠、益川敏英の３氏に与えられたことは記憶に新しい。

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前述の超対称性や余剰次元といった特徴を持ち、かつ標準

現在までのところ、実験で観測される素粒子の現象は、標模型を包括する統一理論の候補はいくつか提唱されているが、準模型と呼ばれる理論体系で、大部分が説明できる。その標その中でも超弦理論は、他の点粒子描像にもとづく場の理論

準模型のいたるところで重要な役割を担っているのが、対称の模型とは決定的に違う特徴、つまり重力をも統一するとい性の自発的破れという機構である。これは、南部氏の 1960 年

う点で際立っている。そのような性質を持ち、量子論的に無頃の研究から発展したものである。

矛盾な理論としては、超弦理論がほぼ唯一の候補である。超標準模型では、粒子間に力を伝えるのは、ゲージ粒子であ弦理論は、粒子を０次元的な点状のものではなく、１次元的る。光の量子つまり光子は電磁気力を伝えるゲージ粒子のひな弦状のものとしてとらえる。点粒子の場合は粒子の種類ごとつだ。標準模型では、自然界の４つの力のうち、重力を除とに違った場を導入する必要があったが、弦理論では弦の振く３つの力、つまり、強い力、電磁気力、弱い力の３種類を動状態の違いであらゆる粒子の種類を表すことができ、そのそれぞれ対応するゲージ粒子を使って説明する。このうち、意味で究極の統一理論である。

弱い力を伝えるＺやＷなどのゲージ粒子は、質量を持つ。同弦には輪ゴムのように端のない「閉じた弦」と、靴紐のよ

じゲージ粒子でも電磁気力を伝える光子や強い力を伝えるグ

うに端を持つ「開いた弦」がある。開いた弦からはゲージ粒

ルーオンは、質量を持たない。この違いも実は、ゲージ対称

子が、閉じた弦からは重力子が量子力学的に極めて自然に現性の自発的破れという機構によって説明されるのである。これるのである。しかも弦の広がりのために、点粒子の場の理のように、対称性の破れは、標準模型に欠く事のできない重論で現れたような発散がなく、重力の量子論を問題を起こす

要な絡繰りなのである。

こと無く記述することに成功しているのだ。このように、超標準模型の中で、まだ見つかっていない唯一の粒子はヒッ

弦理論は素粒子の統一理論を与えると同時に重力の量子論をグス粒子である。現在ジュネーヴ郊外の CERN という研究所でも与えてくれる、いわばオールマイティの究極の理論と期待は、全周 27km もある円形の大型ハドロン衝突型加速器(LHC)されている。

による実験が進められているが、その目標の一つがヒッグス粒子の発見である。LHC では、標準模型の検証以外にも、標

http://hep1.c.u-tokyo.ac.jp/

準模型を超える新しい物理の発見も目指している。標準模型には理論的に不満足な部分もあり、それを解決するためにいくつかの可能性が提案されている。そのひとつは、超対称性である。これはボーズ- アインシュタイン統計に従うボゾンとフェルミ-ディラック統計に従うフェルミオンを入れ替える変換のもとでの対称性であり、現在見つかっている素粒子$'' ' *- & ,++D '4/75.216*)0)8(75495)/0)36'弦によって記述されていることから、従来の理論では思いもよらない帰結を得ることもできる。開いた弦が時空内をぐるっと回って元の位置に戻るような図形を考えると、底面の#=@CA'
研究内容は進展状況に応じて変化していくが、最近取り組無い筒状の図形がんでいるテーマを二つほど挙げておこう。

できる。開いた弦■弦の場の理論：の生成消滅の量子

従来の点粒子の理論つまり相対論的量子力学を、摂動論を超力学的過程を考ええて扱うためには場の理論という定式化が必要であった。従るとこのような図って、弦の理論も非摂動論的な定式化が望ましく、その最も形による１ループ

自然なアプローチが弦の場の理論である。通常の場の理論の散乱振幅を計算する必要がある。一方、同じ図形を底面の方ように解釈すると無限種類の場を含むようなシステムであり、から眺めると、輪になっていることから、閉じた弦が作られゲージ対称性の取扱いなどの理論面やタキオン凝縮などの動て時空を進んだ後消える過程とも関係していることがわかる。

力学的側面など研究すべき点は多い。

そこで、適当な状況を作ってやれば、ゲージ粒子の理論と重■超対称ゲージ理論の格子定式化：

力理論あるいは弦理論自身との間に関係を付けることができ超対称性を持つゲージ理論は、現象論的な側面のみならずダると予想される。これは、AdS/CFT 対応と呼ばれる予想とし

イナミカルな破れなど、非摂動的に解明すべき点は多い。こて詳しく調べられており、それ自体興味深いのみならず、これに対して QCD などで成功してきた格子定式化が有効と考えの予想が成り立つと仮定することで様々な応用がなされ、クられるが、困難があり 20 年以上にわたる難問である。これに

ォーク-グルーオンプラズマの性質やハドロンのスペクトラ

対して新しい観点から取り組んでいる。

ムなどに対し興味深い結果が得られている。



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Wilson フェルミオンを用いたカイラル凝縮の計算
Gauge Fixing of Nonpolynomial Open Superstring Field Theory
ブラックホールの熱力学と Kerr/CFT 対応
AdS 時空中の弦理論と超対称ゲージ理論における散乱振幅の隠れた対称性

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<!'1) General linear gauges and amplitudes in open string field theory, Nucl. Phys. B807 (2009) 348.
2) Taming the Leibniz rule on the lattice, JHEP 0805 (2008) 057.
3) Level truncated tachyon potential in various gauges, JHEP 0701 (2007) 028.
4) New Covariant Gauges in String Field Theory, Prog. Theor. Phys. 117 (2007) 569.
5) Genuine Symmetry of a Staggered Fermion. Prog. Theor. Phys. 114 (2005) 631.

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 D. Kadoh and Y. Kikukawa, “A construction of the Glashow-Weinberg-Salam model on the lattice withexact gauge invariance,” JHEP 0805:095 (2008), Erratum-ibid. 1103:095 (2011) Y. Kikukawa, “Domain wall fermion and chiral gauge theories on the lattice with exact gauge invariance”,
Phys. Rev. D65 (2002) 074504
 Y. Kikukawa and Y. Nakayama, “Gauge anomaly cancellations in SU(2)LxU(1)Y Electroweak theory on
the lattice”, Nucl. Phys. B597 (2001) 519
4) Y. Kikukawa and A. Yamada, “Weak coupling expansion of massless QCD with a Ginsparg-Wilson
fermion and axial U(1) anomaly”, Phys. Lett. B448 (1999) 265-274
 Y. Kikukawa and H. Neuberger, “Overlap in odd dimensions”, Nucl. Phys. B 513, 735 (1998)

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Theoretical Physics
C グループ：物性理論・統計力学
多彩な研究内容
C グループは，広い意味での物性理論、統計力学を研究するグループです．その範囲は，電子物性，臨界現象，
非平衡現象，非線形現象，生物物理，数理物理，数理統計，量子物理学まで，より具体的には，生命現象, ガラス, 複雑系，機械学習，可積分系, 磁性, 超伝導など幅広いテーマをカバーする理論グループです．研究手法も，数理的・解析的手法, 古典系および量子多体系に対する大規模コンピューターシミュレーションなど,問題に応じて実に様々です．詳細は，それぞれの研究室の紹介を参照してください. C グループは以下の 9 名が構成するメンバーの主催する研究室からなります．

池田 昌司 研究室
石原 秀至 研究室

（統計力学・
ソフトマター物理)（生物物理・非線形物理)

今泉 允聡 研究室

（数理統計・機械学習）加藤 雄介 研究室

（超伝導・超流動・量子物性)

金子 邦彦 研究室

（理論生物物理・複雑系・
カオス・非平衡現象)

国場 敦夫 研究室

（可積分系，数理物理)清水 明 研究室（量子物理学・物性基礎論)

福島 孝治 研究室

（物性理論・統計物理）

堀田 知佐 研究室

（物性理論）

他にも３名の助教（簑口友紀,畠山哲央,水野英如）がおります.
いわゆる物性理論と呼ばれる分野は非常に広く多彩
な, 研究対象を選ばず発展し続ける分野ですが, 一つの研究グループでこれだけの範囲がカバーできている
物性理論グループは国内外でも非常に稀です．この広い研究範囲の各パートで，各々のスタッフが非常に個性の強い研究を展開しています．ある種の共通点としては，基本的で本質的な研究に重きが置かれる傾向があることです．一般に“最先端”と呼ばれるグループは,
流行を素早く追いかけがちな傾向がありますが, 我々
は独自路線を展開し, まだ注目されていないテーマを新たに発掘し, 真に新しいものを見出すことを常に目指しています．
各研究室の研究成果は，着実に それぞれの分野のトップジャーナルに学術論文として掲載され続けていま
す ． さ ら に ， Physical Review Letters や Nature

Physics, Communications, 英国物理学会刊行（IOP）の 学 術 誌 の 注 目 論 文 に 選 ば れ た 仕 事 ， Journal of
Physical Society of Japan 誌の Editor’s choice や Newsand Comments で取り上げられた仕事など, 注目を集める論文が多数公表されています．そのほかにも 仁科記念賞，久保亮五記念賞，日本 IBM 科学賞，日本物理学会若手奨励賞，文部科学大臣表彰若手科学者賞など,多数の受賞があることからもグループの水準の高さが理解できると思います．
緩やかな相互作用
C グループは理論物理の研究者の集団で，基本的には独立に研究活動をしています．一般には, これほど研究分野が広いと，ともすれば各研究グループはバラバラになりがちです．しかし，このグループでは多様な研究
室間に緩やかな相互作用を導入することで，有機的な関係がうまく築かれています．修士課程の学生が異なった研究室に属しながらも同じ部屋で研究生活を過ごし日々議論する, 互いの研究室セミナーに顔を出すな
どの日常的な交流がいたるところで見られます.異なった研究室間の共同研究も盛んです. このような交流を通して広い視野, 多様な興味が自然な形で形成されることは, 将来研究者を志す人にとっても, 社会で活躍する人にとっても意義のあることだと考えています.
さらに幾つかの研究室では, 駒場周辺セミナーや複雑系生命システム研究センター主催のセミナーなどをはじめとする合同のセミナーを行っており, 学外からも研究者が参加しています. C グループと D グループの一部が中心となって運営している駒場物性セミナー
もその一つです. このセミナーでは学内外から一流の若手研究者を招いて，大学院生を意識して最先端の話
題を講演してもらっています．駒場セミナーは学内外に公開しており, 他大学のスタッフやポスドク研究者,
学生も話題に応じて出席しています. 詳しくは次頁のURL などをご参考ください.
大学院では研究室に所属して，専門分野を極めることとともに、広い知見を持つことも重要です．このようなセミナーに積極的に出席することは 自分の専門のすぐ近傍の研究分野の面白さを知るうえで大切な機会
です．こうした基礎研究においては, 分野をまたがって互いに刺激しあうことでより理解が深まる問題がたくさんあるからです.
以上のように, 各々がユニークで多様な研究室構成とそれらの緩やかな相互作用が相まって, 何処にもない駒場だけの, 駒場学派ともいうべき 独特の空気を作り出しています．

物性セミナーは 次の URL で公開されています(下記のリンクを辿ってください)
http://www.dbs.c.u-tokyo.ac.jp/seminar/list.html
その他, 各研究室で外部講師を呼んでセミナーが行われています.
過去の修士論文・博士論文

修士論文

Ø
Ø
Ø

超伝導渦糸格子における磁束フローの理論的解析
Ginzburg-Landau モデルによる強磁性薄膜上の磁区ドメインパターンの研究
一般化されたアンサンブルを用いた平衡統計力学の定式化

Ø

行列積表現を用いた熱的量子純粋状態の構築Ø

非例外型量子群に対する反射方程式の行列積解

Ø
Ø
Ø
Ø
Ø
Ø
Ø

固体電子系の電磁応答による電子の永久電気双極子能率探索の理論
テンソルくりこみ群のガラス系への応用
ジャミング転移点近傍のダイマー粒子系の振動状態
サイズ乖離の大きい二分散ジャミング系の相転移
曲面上の反応拡散系における整流作用と伝播パターン
微生物生態系の構造と細胞内代謝系の制御の理論：物理学と経済学からのアプロー チ
多階層進化モデルによる社会構造の生成

博士論文

Ø
Ø
Ø
Ø
Ø
Ø

Modern Monte Carlo approaches to Classical spin systems: Irreversible algorithm and Massive
parallelization applied to Chiral magnets
Maximum efficiency of heat engines revisited from stochastic thermodynamics
カイラルらせん磁性体の平衡状態とヒステリシスの理論
量子アニーリング：古典的計算困難性への量子統計物理の応用
XXZ 鎖の 2-down スピンセクターにおける collapse 解と extra two-string 解の厳密な領域についての研究
Study on emergent multiple quadrupolar phases in two-dimensional spim-1 quantum magnetなど

スタッフにより執筆された教科書

C グループのスタッフは研究成果を論文で発表する一方で，多くのユニークな専門書や教科書を執筆しています．

Physics

池田研究室

統計力学・化学物理・ソフトマター物理池田昌司准教授

図１ ガラス転移点近傍での分子の運動の様子。球の大きさは分子運動の速さを表す。

池田昌司 准教授 Atsushi Ikeda, Assoc. Prof.

的相図上にガラス相は存在するか、ということです。実は、水野英如 助教 Hideyuki Mizuno, Assist. Prof.

この最も初歩的な問いの答えすら分かっていません。ごく最近になって興味深い知見が蓄積されてきましたが、本質的解

物質の三態を越えて決を見るには更なるアイデアが必要です。

気体・液体・固体という物質の三態は高校理科の初等的な一方でガラス系の実験で実際に見られるのは、分子運動の概念ですが、我々の身の回りには、この概念でうまく分類で劇的なスローダウンです。では何がスローダウンを引き起こきない物質も多数あります。私たちが研究している「乱れたしているのでしょうか？液体がガラスになる直前の分子の運物質」は、その好例です。例えば氷のような結晶状態は、熱動を可視化してみると（図１）、単に乱れた配置をとっている

力学や平衡統計力学で明快に定義できる固体であり、液体ととしか見えなかった分子達が、実は、早く運動する粒子同士・結晶は一次相転移で紛いなく峻別されています。しかしガラ

遅く運動する粒子同士が固まって運動している、つまり協同スに代表される「乱れた物質」は往々にして非平衡状態にあ的に運動していることがわかります。これは動的不均一性とり、問題とする現象やタイムスケールに応じて、液体的なこ呼ばれるガラス系で幅広く見られる特徴であり、スローダウともあれば、固体的なこともあります。このような物質は、ンの本質に関わると考えられていますが、現状では、十分などのように理解すべきでしょうか？２１世紀にもなって、と理解はありません。紙面の都合上ここでは詳述できませんが、思うかもしれませんが、乱れた物質の物理は驚くほど進んでフラストレーション描像、動的促進描像、ランダム一次相転いません。むしろ、統計力学・化学物理・ソフトマター物理・移描像など、本質的に異なるメカニズムを想定する理論が提

非平衡物理・弾性理論・情報理論などの幅広い分野の研究者

案され、世界中で喧々諤々の議論が続いています。

がアイデアを出し合い急速に研究を進めている、現代物理の

私達は、この錯綜した状況にあるガラス転移研究に筋道をフロンティアの一つとなっています。私達は統計力学をベーつけることを大目標にして、理論的・数値的研究を進めていスにして、（１）ガラス転移の本質を理解すること、（２）数ます。具体的には、無限次元極限や平均場極限から問題を解

多ある乱れた物質を理解して分類すること、を目指した理論

いていく方向の研究や、ガラス転移の存在やメカニズムの決的・数値的研究を行っています。以下では、もう少し踏み込

定的な証拠をつかむことを目標にして、新規な模型の徹底的んで研究テーマを説明しましょう。

な数値計算による研究などを進めています。

ガラス転移とは？

ガラス、歯磨き粉、マヨネーズ、砂山・・・

液体を急冷あるいは急圧縮すると、粘性が発散的に増大し、実は乱れた物質は非常に多彩で、身の回りにありふれていついには構造が乱雑なままで固体になってしまう。これがガラス転移です。粘性が発散するということは、分子の運動がスローダウンして凍結してしまうということです。
ではガラス転移は相転移でしょうか？実験室で見られるガラス転移は、単に分子運動の緩和時間が人間の観測時間を越えてしまい、人間にとって凍結してしまっただけのことです。
むしろ問うべきは、無限の観測時間が与えられたときに、真正な相転移があるかということです。言い換えれば、熱力学

連絡先
准教授 池田昌司 16 号館 727A
atsushi.ikeda@phys.c.u-tokyo.ac.jp

ます。例えば窓ガラスやガラスコップが、ケイ素原子や酸素から同じに見えるだけであって、実は「乱れ方」に違いがあ

原子が乱れた配置のまま固まったものであることは良く知っって、本質的には区別すべきものなのでしょうか？

ているでしょう。それ以外にも、歯磨き粉（コロイド粒子が私達は、多彩な乱れた物質を理解し、正しく分類すること

液中に分散した系）はコロイド粒子が乱雑な配置のまま固まを目標にした研究を進めています。例えば、粉体が乱れたまった系ですし、マヨネーズ（油滴が水中に分散した系、エマ

ま固まる現象はジャミング転移と呼ばれています。このジャルションという）は油滴が乱雑な配置のまま固まった系です。

ミング転移は、実はガラス転移と非常に似た性質を持っておさらに視野を広げると、砂場にある砂山は、砂粒が乱雑な配り、両者の関係の正確な理解は分野のホットトピックとなっ置のまま固まった系だし、交通渋滞などもその一例といえるています。私達は、新しい問題設定・視点を導入することにでしょう。さて、我々がこれらの系の粒子の配置を見ても、より、両者を正確に分類する研究を進めています。その他に

単に乱れているとしか見えません。では、本質的にもこれらも、多様なガラスをレプリカ対称性の破れという概念を用いの系は同じものなのでしょうか？それとも人間の目が節穴だて分類する研究などが進行中です。

和文解説
1)

「ガラス転移とジャミング転移を分離する」 日本物理学会誌 第 68 巻 第 7 号 (2013 年 7 月号)

主な原著論文1)“Equilibrium phase diagram of a randomly pinned glass-former” Misaki Ozawa, Walter Kob, Atsushi Ikeda,
Kunimasa Miyazaki, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 112, 6914 (2015).

2)“Correlation of Local Order with Particle Mobility in Supercooled Liquids is Highly System Dependent” Glen M.
Hocky, Daniele Coslovich, Atsushi Ikeda, David R. Reichman Phys. Rev. Lett. 113, 157801 (2014).

3)“Dynamic criticality at the jamming transition” Atsushi Ikeda, Ludovic Berthier, Giulio Biroli J. Chem. Phys. 138,
12A507 (2013).

4)“Unified study of glass and jamming rheology in soft particle systems” Atsushi Ikeda, Ludovic Berthier, Peter Sollich
Phys. Rev. Lett. 109, 018301 (2012).

5)“Glass transition of the monodisperse gaussian core model” Atsushi Ikeda, Kunimasa Miyazaki Phys. Rev. Lett.
106, 015701 (2011).

6)“Mode-coupling theory as a mean-field description of the glass transition” Atsushi Ikeda, Kunimasa Miyazaki Phys.
Rev. Lett. 104, 255704 (2010).

学生へ一言
私は 2016 年 3 月に東京大学に着任しました。それ以前は、京都大学福井謙一記念研究センターで 2 年ほど准教授（化学系）を、その前はフランスのモンペリエ大学で 3 年・筑波大学で 3 年ポスドク（物理系）をしていました。学
位は京都大学大学院分子工学専攻（化学系）で頂きました。物理と化学を行ったり来たりしているのが特徴でしょうか。このキャリアパスの現れかもしれませんが、多彩な物質と概念がつながる瞬間が大好きです。
乱れた物質の物理の研究の魅力は、その広さと奥深さにあると思います。身の回りにあるありとあらゆる乱れた固体が考察の対象になるという広さ、そして見た目からは想像できない不思議かつ複雑な現象が見られるという奥深さです。一緒に研究してみたいという学内・学外の志望者を歓迎いたします！

研究室のメンバー
准教授 1 名、助教 1 名、ポスドク 2 名、大学院生 6 名

BioPhysics

石原研究室

生物物理•非線形物理石原 秀至 准教授

発生中のショウジョウバエの翅内の応力分布。力の釣り合い方
程式とベイス推定を組み合わせ、組織内応力の可視化手法を開発した。翅は遠近軸方向に引っ張り力を受けており、この力学
環境の異方性が細胞の整列を促すことも示した。

Shuji Ishihara, Assoc. Prof.
背後に、トポロジカルな遷移ルールがあることを、非線形振動理論に基づいて見出しています(論文 5)。
物理の言葉で、生命現象を理解できるのでしょうか？そもそも「生きている」とはどのような状態なのでしょうか？本研

細胞と生体組織のメカニクス

究室では、細胞や細胞集団を対象とした生物物理学を、非線細胞集団は、シグナル分子と共に、力学的な相互作用を介形物理学やソフトマター、非平衡物理学の理論を用いて研究して協調しあい集団的な運動を引き起こします。例えば個体しています。これらの分野は、近年の実験の進歩によって、発生に伴う大規模な生体組織の成長や変形を理解するために定量的な測定とそのモデル化が可能になってきました。また、は、組織内にはたらく「力」の動態や、組織物性(レオロジー)

見えている現象から、逆に新しい物理や数理を抜き出すことを調べることが重要となります。細胞集団の機械的特性は、も重要だと考えており、数理的な興味に基づいた研究も行っ

ソフトマターやアクティブマター物理の対象ともなり、近年ています。

多くの物理的な解析が行われています。私たちは、ベイズ推定の枠組みを用いて細胞形態データから組織内に働く力（細分子から細胞へ、細胞から組織•個体へ

胞膜の張力や組織内の応力）を推定する手法を開発し、ショ分子の集まりに過ぎない細胞が、どのように構造を保ち、ウジョウバエ翅や背板に適用することで、世界で初めて成長

外部環境を検知して行動に結びつけているのでしょうか？まする組織内の応力場の可視化を行いました（図１;論文 2,4）。

た、動物の体では、細胞増殖や分化を通してそのサイズやプ

組織の機械物性を理解するためには、力とともに変形(キネマ

ロポーション、左右対称性の制御などが高精度に行われていティクス)を理解する必要がありますが、細胞増殖や細胞形態

ますが、細胞集団がシステムとして自律的に働く背景には、変化、細胞の相対位置の変化が複雑に絡み合った組織の複雑制御原理が働いているのでしょうか？このような問いには、な変形過程を特徴付けることは容易ではありませんが、この細胞の物理的基盤や物理的制約(モノ)と、システム論的・情問題に対しても幾何学的な分解に基づいた変形の定量化解析

報論的思考(コト)を融合させたアプローチが必要になってき手法を開発し、その上で、力と変形の関係を明らかにすべく、ます。近年のライブイメージングをはじめとする実験技術のソフトマターの理論を参照して生体組織のための連続体力学

進歩により、細胞内や組織スケールでのタンパクの発現•活性の構築を進めています。他にも、培養細胞系に対する新規なの時空間的振る舞いが見えてきており、分子の局在や振動と内部応力推定手法の開発を行うなど、物理/数理的知見に基づいった時空間ダイナミクスが、上に述べたような生命機能にいた新規なデータ解析(機械学習)手法の開発と、力学モデル

大きな役割を果たしていることがわかってきました。

や非線形理論に基づいた理論解析の両面から、個体発生等のこのような過程において、分子や細胞という要素が相互作

細胞集団が示す多様な運動の研究を行っています。

用することで、細胞や組織という、個々の要素より大きな構造が形成されますが、このような協同的•自己組織化的な振る舞い、「要素から集団へ」という様式は、統計力学や非線形物理学が得意とするものです。私たちは、これらの物理理論に基づいて、生命システムにたち現れる集団運動やその制御原理の問題を調べています。例えば、細胞性粘菌の示すアメー
バ運動において一見ランダムに見える運動パターンの遷移のhttp://webpark1976.sakura.ne.jp/
連絡先
准教授 石原秀至 16 号館 430A
csishihara@g.ecc.u-tokyo.ac.jp

新しい非線形・非平衡問題

ましたが、最近になって、より統計力学的な側面から調べて上で述べた研究では、実際の生物現象に見られる問題を取います。他にも、曲面上で起こる新規なパターン伝播メカニり扱っていますが、現象から、数理的に新しく興味深い問題

ズムや、多細胞集団の示すジャミング、相分離と吸収点転移を見出し、その本質を抜き出すことも重要だと考えています。

が共存するモデルなど、数理的な機構を非線形力学や非平衡

例えば、これまでに反応拡散系における相分離現象を見つけ

力学の観点から調べています。

ており(論文 7)この現象は数学者によっても詳しく調べられ主な著書•解説1)

金本理奈, 石原秀至「弱点克服 大学生の物理数学」東京図書(2019)2)

杉村薫, 石原秀至「組織の力・応力の定量生物学」小林徹也(編)定量生物学第 7 章 化学同人(2018)3)

石原秀至, 杉村薫 「理論生物学の眺め方」望月敦史 (編) 生命科学の新しい潮流「理論生物学」第 1 章第 2 節 共立出版(2011)

4)

石原秀至, 杉村薫「組織変形の定量手法と多階層連続体モデル」生物物理 60(1), pp37-43 (2020)5)

中島昭彦, 石原秀至, 澤井哲「動く細胞が読み取る時間と空間：走化性のパラドクスと整流作用」生物物理 56(2),pp98-101 (2016)6)石原秀至, 澤井哲「反応-拡散-駆動系として理解する細胞の形態変化」日本物理学会誌 70 pp.25-30 (2015)7)

澤井哲, 石原秀至, 中島昭彦「1 細胞イメージングから見る細胞内シグナルの自己組織化現象」実験医学 Vol. 31(2013 年 5 月号)特集「生命システムを定量する！」)

主な原著論文
1)

T. Namba and S.Ishihara, Cytoskeleton polarity is essential in determining orientational order in basal bodies ofmulti-ciliated cells. PLoS Compt Bilol. 16, e1007649 (2020)

2)

S. Ishihara, P. Marcq, and K. Sugimura. From cells to tissue: A continuum model of epithelial mechanics. Phys. Rev.
E 96 022418 (2017)

3)

A. Nakajima, S. Ishihara, D. Imoto and S. Sawai, Rectified directional sensing in long-range cell migration Nat.
Comm., 5, 5367 (2014)

4)

K. Sugimura and S. Ishihara, The mechanical anisotropy in a tissue promotes ordering in hexagonal cell
packing. Development 140, 4091-4101 (2013)5)

D. Taniguchi, S. Ishihara, T. Oonuki, M. Honda-Kitahara, K. Kaneko and S. Sawai, Phase geom of etries of
two-dimensional excitable waves govern self-organized morphodynamics amoeboid cells. Proc. Nat. Acad. Sci.
U.S.A. 110, 5016-5021 (2013)

6)

S. Ishihara and K. Sugimura, Bayesian inference of force dynamics during morphogenesis. Journal of Theoretical

7)

S. Ishihara, M. Otsuji and A. Mochizuki, Transient and steady state of mass-conserved reaction-diffusion

Biology 313, 201-211 (2012)
systems Phys. Rev. E 75 015203(R) (2007)

学生へ一言
石原自身は非線形力学や統計力学が教える「現象横断的な理解」すなわち、多様な現象を一貫した視点で捉えることが重要だと考えています（その点では、生物以外の対象にも興味があります）。一方で、現代の生物学は総合科学であり、共同研究や多様な分野(生物,医学,工学,情報,etc.)の人との交流の中で、思ってもみなかった発想や手法を知ることに面白みを感じてきました。
分野に捕われず広い視野でサイエンスを楽しみ、
新しい分野を切り開きたい学生を歓迎します。

研究室のメンバー
研究員 1 名、修士学生 2 名。他に準メンバーとして外部から二名セミナー等に参加しています。

Statistics

今泉研究室

数理統計・機械学習

図１ 深層学習で用いられる多層ニューラルネットワークの図。
ノードを繋ぐ線（エッジ）がそれぞれパラメータに対応している。

今泉 允聡 准教授
Masaaki Imaizumi, Assoc. Prof.

現代的複雑データのための統計解析
複雑データと呼ばれる新しい形式のデータ解析手法の研究開発を行っています。古典的なの統計解析は、データがベク
私たちの研究室では、統計学および関連する数理科学を用

トル（ユークリッド空間の要素）であることを前提に開発さいて、深層学習や無限次元データなどの現代的なデータ科学

れてきました。しかしビッグデータ時代では、データの収集・技術を解析し、その原理を記述する理論体系の構築を目指し保存のための情報技術が飛躍的に進化した結果、ベクトルでています。統計科学や深層学習は近年の発展著しく、多様なは表現しきれないデータが多く登場にするようになりました。

新技術が開発されていますが、その仕組みはブラックボック

例えば、センサーから得られる生物の行動ログは無限次元のスであることも少なくありません。我々の研究は、それらの関数データとみなされ、複数のセンサーから得られた脳波は原理を整理・理解し、より効率的なデータ科学の発展を目標

立体行列状のテンソルデータとして取り扱われ、どちらも通としています。2020 年 4 月より東大での活動を始めた、新し常のベクトルとして扱うと解析上の不都合が発生します。

い研究室です。

これらのデータを扱うには、まずデータの構造を適切に捉える数学的概念を整理した上で、理論的に自然な手法を開発

深層学習の原理に挑む理論の試み
近年、人工知能（AI）が大いに発展し、基礎研究から実社会の至る所で、AI による変革が起こっています。この革新をする方法があります。本研究室では、テンソルの線形構造や関数の確率過程としての構造を用いて、高精度・低コストで複雑データを解析する手法を開発しています。

可能にしたのは、深層学習と呼ばれる情報処理技術の発明です。深層学習によるデータ予測精度は既存技術を大きく上回
り、その性能に基づく信頼性が、自動運転や医療診断と言った新しい技術を可能にしています。
しかし、なぜ深層学習がここまで高い性能を発揮できるのかは、未だ多くの謎が残されています。実際に用いられる深層学習は、数千万個のパラメータを持つ大規模な数理モデル（多層ニューラルネットワーク）を用います。しかし、深層学習が登場する前の統計・機械学習の理論は、このような大規模モデルはデータの不確実性に対して脆弱で性能は悪化するとされ、中・小規模の数理モデルを使うことが正当化され図 2. テンソルデータ（三次）の例。数を三次元空間に並べた形で、ベクトルのテンソル積で定義される。

てきました。このように、深層学習は既存の理論と矛盾する方法で、高い性能を達成しているのです。
本研究室では、この深層学習の原理を記述する新しい理論体系の構築を行っています。成果の例としては、データが特異性と呼ばれる性質を持つとき深層学習のみ性能を劣化させないことや、損失関数の極限の性質が深層学習の不安定性の解消を説明できることを数学的に示しています。しかし深層学習に関わる謎は未だ多く、研究課題はまだまだ尽きません。

http://www.imalab.org
准教授 今泉允聡 16 号間 203B 室
imaizumi@ism.ac.jp

高次元ガウス近似の統計的応用ことができ、結果的に従来よりもかなり広い状態で推論を行

高次元ガウス近似とは、数理統計分野で近年開発された、

うことが可能になります。

高次元・無限次元ベクトルに関する統計量の近似方法です。

本研究室では、この高次元ガウス近似の利点を用いて、これ

通常、統計的推論（検定や p 値を計算して統計分析の結果のまで実現が難しかった統計的検定・推論手法の開発を行って信頼性を評価すること）は極限分布を用いることが多いですいます。例えば、特殊な距離関数の元での適合度検定や、規が、この分布を得ることが困難な場合は推論そのものが出来

準関数最大化（最小化）で定義される推論法の開発を進めてない場合がありました。しかし、高次元ガウス近似を用いるいます。

と、極限分布を用いることなく統計量の不確実性を計算する

近年の学生研究テーマ
1)

固有次元に適応的な深層学習の汎化誤差解析

2)

非漸近推論によるワッサースタイン距離に基づく多変量適合度検定

3)

接摂動による深層ニューラルネットワークの損失平滑性尺度と PAC-Bayes 解析

主な論文
1) M.Imaizumi,

K.Fukumizu(2019).

"Deep

NeuralNetworks

Learn

Non-Smooth

Functions

Effectively". Artificial Intelligence and Statistics.
2) M.Imaizumi, T.Maehara, Y.Yoshida (2018). "Statistically Efficient Estimation for NonSmooth Probability Densities". Artificial Intelligence and Statistics.
3) M.Imaizumi, K.Kato (2018). "PCA-based estimation for functional linear regression withfunctional responses". Journal of Multivariate Analysis.
4) M.Imaizumi, T.Maehara, K.Hayashi (2017) "On Tensor Train Rank Minimization: Statistical
Efficiency and Scalable Algorithm". Advances in Neural Information and Processing
Systems.
5) M.Imaizumi, K.Hayashi (2016). "Doubly Decomposing Nonparametric Tensor Regression".
International Conference on Machine Learning.

学生へ一言
統計・機械学習分野は現在発展が著しく、研究が盛んに進められています。特に深層学習は多くの未解決問題を提供しており、謎に挑むことが好きな人が楽しめる研究領域となっています。また、データ解析技術は高い汎用性があり、自然科学をはじめとした様々な分野に活用される技術に関わることも可能です。
本研究室では、現象を観察・整理し、理解することを好む学生さんを歓迎しています。

研究室のメンバー
准教授１名、特任研究員１名、技術補佐員１名で運営しています。

Physics

加藤研究室

超伝導・超流動・量子物性加藤雄介教授

ボース・アインシュタイン凝縮体における超流動と固体超加藤雄介 教授 Yusuke Kato, Prof.

流動
超伝導と類似した現象にボース系における超流動がある。

ボース・アインシュタイン凝縮体の超流動、超流動固体、さ1938 年ヘリウム 4 で発見された量子現象であり、長い歴史を

まざまなクーパー対形成がもたらす異方的超伝導と量子渦の持つ研究分野である。多くの優れた研究がある一方、ヘリウ

内部構造、一次元量子可積分系に現れる分数電荷粒子の性質

ム４は相互作用の強い系であるために理論的には研究困難ななどを対象に量子多体系の物性について理論研究を行ってい分野であった。状況が一変させたのが 1995 年のアルカリ原子る。

気体におけるボース・アインシュタイン凝縮の実現である。
この系は相互作用の強さを制御できる特長を持ち、理想ボー

超伝導における量子渦1986 年の銅酸化物超伝導体の発見以来、超伝導現象に対する認識は大きく変わりつつある。2008 年に発見された鉄ヒ素
化合物超伝導体の例に見られるように、新たな高温超伝導物質の発見は今でも重要なテーマであるが、一方で低温（場合によっては高圧下）では多くの物質が超伝導状態に相転移することが実験的にわかりつつある。つまり超伝導状態は多くの物質の基底状態であり、物質の普遍的な性質であると捉えられるようになってきた。その観点から超伝導状態の対称性に注目し、物質の詳細によらない普遍的な側面に対する統計力学的研究が近年盛んに行われている。特に超伝導体に生じるトポロジカルな欠陥である量子渦は、超伝導体における対称性の破れ方を反映した内部構造を持つ。その構造は実験的（走査型トンネル顕微鏡・トンネル分光）によっても詳細に解明される一方、量子ホール系、トポロジカル絶縁体、グラス気体から相互作用の強いボース流体までを実現することが可能である。これに触発され、ボース系の理論的研究も低温物理学者、電子物性研究者、非線形物理研究者などの参入により爆発的な勢いで進展した。その結果、超流動状態についてかつては Landau, Feynman, Anderson といった一部の理論
家しか垣間見ることのできなかった超流動安定化・不安定化機構についての理解が進みつつある。この基礎的問題についてわれわれはさまざまな超流動の崩壊機構の統一的記述を目指して現在研究している。
またヘリウム４において 2004 年に「発見」（いまだに論争が続いている）された固体超流動（固体としての固さと、粘性ゼロの超流動性を持ち合わせる相）についての理論的研究も行っている。

量子可積分系とエニオン

フェン（単層グラファイト）、クォーク物質におけるカラー超伝導体の物理と深く関係していることがわかっている。我々のグループは超伝導体の量子渦構造について、この十年間、解析的に、また数値的にさまざまな手法を用いて理論的に研究しており、今後も量子渦を通して超伝導体における普遍的な性質の発見を目指す。

http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/kato-yusuke-lab
連絡先
教授 加藤雄介 16 号館 301B 号室 5454-6738
yusuke@phys.c.u-tokyo.ac.jp

Calogero と Moser そして Sutherland によって見出された数の関係などについて、非摂動論的結果に基づき、物理的知可積分系の量子模型は、一次元強相関電子系、スピン系の理見を与えてきた意義は大きい。われわれはこの模型について解に多大な知見を与えてきた。とくに数理的な性質のよさだ

内部自由度の効果が分数電荷素励起（エニオン）に与える影けでなく、量子多体系におけるくりこみの効果、素励起の統響をグリーン関数の厳密解に基づき研究している。

計性、磁性体におけるスピノン、素励起の性質とグリーン関

修士論文・博士論文の題目
1) 鉄系超伝導体の超伝導対称性に関する理論的研究
2) Study of Low-energy Excitations in Bose-Einstein Condensates and in Superfluids Separated by an Obstacle3) 空間的に不均一な系の超流動流の安定性の研究
4) 超伝導グラフェンの渦糸状態と端状態

主な著書・解説1)

Dynamics of One-dimensional Quantum Systems: Inverse-square Interaction Models （Cambridge Univ. Press，2009）2)

超流動流安定性の新たな判定法: 物性研究 2010 年 12 月号 237-269.

3)

物性物理学と統計力学: 数理科学 2013 年 6 月号 21-27 .

4)超伝導量子渦のダイナミクス: 固体物理 2013 年 9 月号 pp21-26, 2014 年 2 月号 13-23.

5)超伝導のマクロな見方とミクロな見方: 数理科学 2014 年 4 月号 32-37.

主な原著論文1)

Impurity Scattering Rate in Vortex Core of Sign-reversing s-wave Superconductors, Phys. Rev. B, 82, 174507(2010).

2)

Dynamical Density Fluctuations of Superfluids near the Critical Velocity, , Phys. Rev. Lett., 105, 035302 (2010).

3)

Mean-field and stability analysis of two-dimensional flowing soft-core bosons modeling a supersolid, Phys. Rev. B
86 (2012) 060510 (R)4)

Stability Criterion for Superfluidity in the light of Density Spectral Function, Phys. Rev. A 88,063612 (2013).

学生へ一言2008 年の鉄ヒ素超伝導体、2004 年の固体超流動、グラフェンの発見、2000 年のマグノンのボース凝縮の実現、1995 年の冷却原子気体におけるボース凝縮の実現など、ここ十数年の量子凝縮系における進展には目覚ましいものがあります。これから数年は物性物理の理論研究者にとって、長年の難問を解決し得る好機であると思います。
研究室のメンバー

ポスドク 1 名、 博士課程 3 名、修士課程 1 名

Complex Sysems

金子研究室

理論生物物理、複雑系、カオス、非平衡現象
急速に進歩し、生物学実験の定量性が飛躍的にあがったため、
統計力学、非線形物理をふまえた理論と生物実験がタイトに結びつくようになってきました。今までアイデア先行になりがちだった理論物理側からのアプローチが一変しつつあります。世界的にも２０代、３０代の若手が活躍し、当研究室のメンバーや出身者もその中に加わっています。
僕自身は、細部まで合う理論モデルをつくるというよりも、生命の基本原理を見出し、理論化していくことを目標にしています。内部自由度の大きい要素が安定して増殖していくという条件だけから、複製、代謝、遺伝、適応、進化に対する金子邦彦教授普遍的な法則を見出すこと、 異なる時間―空間スケールを持
つ階層間の整合性（分子と細胞の複製、細胞のダイナミクス

金子邦彦 教授 Kunihiko Kaneko, Prof.

と個体の発生、遺伝子と表現型、進化と発生）がいかに形成畠山哲央 助教 Tetsuhiro Hatakeyama, Assist Prof.

されるか、またそれが破れることで新しい環境への適応が可能なるか、といった研究です。例をあげると触媒反応ネットワークの動態から複製細胞系の起源へ：非複雑系生命科学（力学系、統計力学をベースに）平衡性の維持条件、複製系のゆらぎの普遍法則

非平衡現象の理論、非線形ダイナミクス(カオスを含む)を適応系のダイナミクス（異なる時間スケールの干渉過程にベースにしつつ、 生命現象の基礎理論の研究を主に行っていよる一般的適応、酵素量律速によるホメオスタシス、記憶）ます。ただし、ダイナミックな現象への関心は研究室で共有

進化と生物の可塑性、安定性と表現型ゆらぎの関係されていますが、特定の問題に研究課題が制限されていると細胞社会の発達過程、細胞分化における多能性の喪失（そいうことはありません。 ぼく自身の現在の主たる研究興味は、生命とは何かに答えられる物理学をつくること、そのために複雑系生命科学＝分子－細胞－個体－生態系といったように、スケールの異なる階層が互いに互いを変え、そのダイナミク
スの中から階層間の整合的な関係が生成崩壊していく過程を通して、柔らかで安定した生命システムを理解することです。
研究では非平衡現象論、非線形ダイナミクス(カオスを含む)、
統計物理などを背景にしていますが、従来の枠におさまらない、生命システムの物理理論の構築も目指しています。また、そうした生命現象の興味深い振る舞いから数理的なアイデアを抜き出した、大自由度力学系や非平衡系での新しい普遍クラスの現象も研究しています。

生命現象の基礎物理
この数年、細胞内の状態のゆらぎや分布を測定する手法がの際の「時間の矢」を力学系から理解する）
相互作用をベースにした種分化と生態系の多様性の理論などです。
研究室での議論（左上が 畠山助教）

認知過程の理論

非線形力学系 非平衡現象

上に述べた考えをもとに脳の情報処理、認知過程、あるいもともと、非平衡現象論（確率過程）、カオス、時空カオス、は社会のダイナミクスにも興味はあります。
（ただし、こちら

大自由度カオスを、確率過程、力学系（特に Coupled Map）

は実験との関係から今すぐの成果はのぞめないかもしれませにより研究していました。その興味は今でもありますが、むん）。力学系の中からいかにシンボルや推論が形成されていく

しろ、今はこれらの問題を「生命らしい」性質がいかに非平かを、操作つき力学系の学習過程、関数力学系、ゲーム力学

衡系、力学系に宿るか、という視点で考えています。大自由系などで考えています。

度系の集団運動、カオス的遍歴、平衡へ緩和しにくいシステ
ム、などがその例です。

最近の修士論文・博士論文の題目から
Y. Himeoka(修士)： 触媒反応細胞モデルの成長効率
E.Matsumoto(修士)： 深層・再帰的ニューラルネットによる時系列高次構造抽出
T.Kohsokabe(修士) パターン形成力学系に基づく進化-発生対応
A. Nakajima： Theoretical study of developmental robustness: From gene network to cell community
M. Inoue： Dynamics of Adaptive Response in Biological Systems
T.Kurikawa:

Spontaneous and Evoked Neural Dynamics Shaped by Embedding Memories

T. Hatakeyama:

Homeostasis, Plasticity, and Memory: A Consequence of Enzyme-limited Competition

主な著書
１）生命とは何か（第２版）--複雑系生命科学へ--、東大出版会、2009 年、英語版は Life: An Introduction to Complex Systems
Biology, Springer 2006

２)複雑系のカオス的シナリオ (朝倉書店)、 1996 金子邦彦、津田一郎、英語版は Complex Systems:

Chaos and Beyond, Springer 2001

３）複雑系のバイオフィジックス (編集および１章)2001 共立出版 ４）複雑系の進化的シナリオ－生命の発展様式－ (朝倉書店)、 1998 金子邦彦、池上高志 ５）Theory and Applications of Coupled Map Lattices (Wiley) 1993:
編集と１章 6)Collapse of Tori and Genesis of Chaos in Dissipative Systems (World Sci. Pub., 1986、博士論文を加筆) ほか

主な原著論文 （一部です。論文は webpage に載せていますので参照してください）1)“Clustering, Coding, Switching, Hierarchical Ordering, and Control in Network of Chaotic Elements", Physica D, 41 (1990)
137-172

2)”Zipf's law in Gene Expression " Phys. Rev. Lett., 90 (2003) 088102

3)”Evolution of Robustness to Noise and Mutation in Gene Expression Dynamics”, PLoS One(2007) 2 e434

4) "A Dynamical-Systems View of Stem Cell Biology", Science 338 (2012) 215-217
5) “Generic temperature compensation of biological clocks by autonomous regulation of catalyst concentration”, Proc.Nat.
Acad. Sci. USA 109 (2012) 8109-8114
６) “Universal relationship in gene-expression changes for cells in steady-growth state”, Phys. Rev. X 5 (2015)011014

学生へ一言
新しい学問をともに作りましょう。詳しくは、webpage の「研究室志望の方へ」を参考にしてください。
研究室のメンバー、出身者
最近は、大学院生は６～8 名、助教１名、特任助教 1～２名、博士研究員１～２ 名です。現在のメンバーは webpage をごらんください。なお、これまで博士を取得した方は 22 名、東大、阪大、名大、筑波、広大、理研ほかで研究室を主宰するなど活躍中です。

連絡先： 16 号館 808B 号室

03-5454-6746

http://chaos.c.u-tokyo.ac.jp/index_j.html

Physics

国場研究室

可積分系，数理物理
非線形波動，統計力学，場の理論における可積分系と，その現論と四面体方程式(次節)が働いており，系の隠れた３次元

数理物理，表現論などへの応用が主なテーマである．

性を垣間見せている．(論文 2).

量子力学で角運動量はリー代数 SU(2)をなすことを学ぶ．回
転対称性は SU(2)により記述され，その非可換性はエネルギ

３次元系の可積分性，四面体方程式

ーの縮退，角運動量のスペクトルやその合成を決定する鍵で平衡統計力学の格子模型の厳密解の研究の大部分は２次元古あった．

典系，あるいは 1 次元量子系に関するものである．そこで中非線形波動，統計力学，場の理論では自由度無限大の系を扱心的役割を果たす関係式は Yang-Baxter 方程式として知らう．これらに可積分性があるとすれば，その対称性を司る構れる． Yang-Baxter 方程式の３次元系への拡張は四面体方程造は何であろうか． SU(2)の生成元は三つであり，一般の単式 (Tetrahedron equation)と呼ばれ，以下で与えられる．

純リー代数でも有限個であるが，実はそれらを無限個に拡張したもの，あるいはパラメーターにより変形したものが対称

R123 R145 R246 R356 = R356 R246 R145 R123

性として登場する．これらは量子群と総称され，例えば非線形波動の KdV 方程式にも，統計力学のイジング模型にも，場

ここで，R は三つのベクトル空間に働く行列で３次元格子のの理論のサインゴルドン模型にも，その非自明性と無矛盾性ユニットを生成する操作に対応する．四面体方程式は非線形が顕著な性質となってあらわれる．

の行列方程式であり一般にその解析は容易でないが，近年注

量子反射方程式と行列積
境界における粒子の反射と散乱が整合的に因子化条件を満たすという要請は反射方程式として知られ，境界における可目すべき進展がある．３次元系を２次元簡約する操作が開発され，四面体方程式と Yang-Baxter 方程式の解に組織的な対応が明らかにされた(論文３,4)．これらの解と量子群の PBW
基底の遷移行列との関係も確立されている．

積分系の基礎関係式となっている．近年の研究により，量子群の手法とテンソルネットワーク等でよく用いられる行列積の方法を結びつけ，反射方程式の解を系統的に構成できる状況が見出された（論文 1）．双方への応用が期待される．

１次元単純排他過程とゼロレンジ過程
格子上の多粒子系に種々の排他的占有則，即ちエントロピー
的相互作用を課した確率過程は，物理，化学，生物，経済，
ネットワーク，交通流など，多様な非平衡現象のモデルとして登場する．特に 1 次元系マルコフ過程の中には厳密解が得られる模型があり，可積分系，ランダム行列，パンルベ方程式，漸近解析の理論等を用いることにより，シミュレーショ
ンでは到達できない深く精密な結果が得られている．
単純排他過程やゼロレンジ過程はその典型的な例であり，豊かな数理構造を持つ．例えば N サイトの周期的な格子上で，粒子配置(s1,…,sN)が実現される確率 P(s1,…,sN)は，定常状態に於いて以下の「行列積表示」と持つ：
P(s1,…,sN)=Tr(Xs1…XsN)

ソリトン・セルオートマトンと一般流体力学
ソリトンとは，多体衝突に際して安定な粒子の様に振る舞う
非線形波動の総称であり，多体散乱が 2 体散乱の合成に因子化するという著しい性質を持つ．代表的な例としては KdV 方
程式，戸田方程式，サインゴルドン方程式などがあり，無限個の保存量を持つ古典可積分系である．これらは 1+1 次元の連続時空上の理論であるが，可積分性を保ちながら時空間を格子化し，波の振幅をも離散化(超離散化)することは極めて非自明な問題であり，応用上も興味深い．
可解格子模型の量子変形パラメータ q=0 の低温極限からソリトン系としての性質をあまねく備えたソリトン・セルオー
11133432211111224111111111111111111111111111111111
11111111133432211224111111111111111111111111111111
11111111111111133432124111111111111111111111111111
11111111111111111111134114441111111111111111111111
11111111111111111111111114222234441111111111111111
11111111111111111111111111114221112234441111111111
11111111111111111111111111111114221111112234441111

ここで Xs は補助空間に働く演算子で，定常条件は Xs 達の交換関係に翻訳され，Fock 空間に働く生成・消滅演算子により実現される．粒子の種類が n 種の場合には Xs 自体がサイズ n×n の２次元層の転送行列の構造を持つ．元々の周期的１次元格子と粒子の内部自由度の空間は双対性を呈し，定常確率P(s1,…,sN)は，ある３次元系の分配関数と同定される．
このような結果の背後には，量子群の対称性，組合せ論的表

ソリトンの散乱．色の違いは粒子と反粒子を表す．

トマトンを系統的に構成できる．典型的には粒子・反粒子が対生成・消滅しながら伝搬する離散的動力学系であり，ハイゼンベルグ模型など統計力学のスピン系の厳密解の応用として非常にユニークな存在である(論文５)．近年ランダム初期値からの極限形状や一般化流体力学のリーマン問題に著しい応用が見出されている。
http://webpark1739.sakura.ne.jp/atsuo/indexLP/htm

教授

国場敦夫

16 号館 302A 号室

03 5454 6536

email: atsuo.s.kuniba@gmail.com

修士論文・博士論文の題目
丁-庵原-三木代数に付随する可積分波動方程式
Quantum R matrices and tetrahedron equation
On Fermionic forms of 1-dimensional configuration sum
Analytic Bethe ansatz and functional relations in solvable lattice models
Soliton cellular automata associated with crystal base of affine Lie algebra
One-dimensional exclusion process and integrability
Tropical 幾何による超離散 QRT 系の定性的分類
Spectral analysis of multi-species asymmetric simple exclusion process
Exact analysis of correlation functions of one-dimensional quantum systems
共形場理論の量子保存量とシュレーディンガー方程式•

一般向け解説記事，書籍
1)

C.N.ヤンとヤン・バクスター方程式 (数学セミナー,日本評論社 1999, 11 月号)

2)

箱玉系と三つの R （数理科学 2003，9 月号）

3)

ベーテ仮説とヤング図形 （数理科学 2007, 1 月号）

4)

ラプラス・ルンゲ・レンツベクトル (数理科学 2007 年，7 月号)

5)

力学 てこの原理からハミルトンの原理まで (数理科学 2009 年，12 月号)

6)

ベーテ仮説と組合せ論 (朝倉書店 2011)7)

物理と数学における厳密解 (数理科学 2012, 11 月号)

8)

電磁気学とベクトル解析(数理科学 2017, 5 月号)

原著論文
1)

A. Kuniba, and V. Pasquier, Matrix product solutions to the reflection equation from the three dimensional
integrability, J. Phys. A 51 (2018) 255204 26pages.

2)

A. Kuniba, S. Maruyama, M. Okado, Multispecies TASEP and the tetrahedron equation, J. Phys. A 49 (2016),
114001, 22 pages.

3)

A. Kuniba and M. Okado, Tetrahedron and 3D reflection equations from quantized algebra of functions. J.
Phys. A 45 (2012), 465206, 27 pages.

4)

A. Kuniba and M. Okado, Tetrahedron equation and quantum R matrices for q-oscillator representations of
Uq(A(2)2n), Uq(C(1)n) and Uq(D(2)n+1), Commun. Math. Phys. 334, 1219--1244 (2013).

5)

R. Inoue, A. Kuniba, T. Takagi, Integrable structure of box-ball systems: crystal, Bethe ansatz,
ultradiscretization and tropical geometry, J. Phys. A 45 (2012), 073001, 64pages.

6)

研究室メンバー

博士１名(2020 年度)

Physics

清水研究室

物性基礎論・量子物理学
ために、従来は手も足も出なかったような難しい物理系の解
析が、解析できるようになりつつある。また、「熱ゆらぎ」に対する見方も根本から変わった。なにしろ、従来の定式化では、多数のミクロ状態を確率的に混ぜることが熱ゆらぎの主因とされていたのに、我々の定式化では状態を全く混ぜていないので、量子ゆらぎしかない。その結果、熱ゆらぎは全て量子力学的ゆらぎに置き換わってしまったのだ。
これ以外にも、「ミクロ系からマクロ系へどう繋がるのか？」「マクロ量子状態は安定か？」「非平衡状態にも、個々の系の個性には依らないような強い普遍的性質があるのか？」などの根本的問題について研究し、成果を上げている。

量子物理学
量子物理学というのは、昔は単に「量子論を使う物理」という意味だったが、近年になって、量子論そのものの本質的な性質を、対象を限定せずに研究する分野を意味するように
清水明教授

なった。
量子論を使う他のほとんどの分野では、まず最初に、具体

清水 明 教授 Akira Shimizu, Prof.
当研究室では、物性基礎論・量子物理学の、基礎的・原理的問題を研究している。

物性基礎論
物性基礎論というのは、「統計力学」という名のもとに、物理としては意味不明な、単なるモデル計算や形式論が蔓延していることを嘆いたある大家が名付けたものである。つまり、
応用数学演習もどきではなく、物理的意義が明確な基礎理論を研究すべきだ、そして実はそれこそが一番難しく深淵なのだ、というのだ。それが「物性基礎論」であり、当研究室の研究内容のひとつである。
たとえば、最近我々は、統計力学の基本原理を新しく定式化し直すことに成功した。従来の統計力学では、多数のミク
ロ状態を確率的に混ぜたもので熱平衡状態を表していた。しかし実はそれは、本質をはずれた無駄なことを含んでいた。
そこで我々は、熱平衡状態をたった 1 個のミクロ状態（量子力学的純粋状態）で表し、統計力学の対象になる物理量が、全て、その 1 個の量子状態から計算できてしまう、という全く新しい定式化を行い、その正しさを厳密に証明した。
その新しい定式化による諸公式は、従来の統計力学の公式とはまったく異なっている（しかし、答えは一致する）。その的な物質（物理系）や、実験事実がある。その物質を量子論を用いて解析したり、実験事実を量子論で説明するのが、主たる目的になっている。それに対して、具体的な物質とか実験事実を一旦離れて、実験的に実現する容易さもひとまずおいておいて、「そもそも量子論は、こういう物理現象を原理的には許しているのだろうか？」ということを問う。さらに、「それは本当に、量子論以外の理論では記述できない、本質的な量子現象だろうか？」という分析へと進む。
たとえば当研究室では、曖昧だった「マクロに異なる状態の重ね合わせ」を厳密に定義し、その普遍的な性質を明らかにした。そして、量子計算機が、古典計算機よりも有意に速く計算できるときには、必ずそのような状態が現れるらしいことを突き止めた。

原理的・基本的な問題を考える
上に述べた物性基礎論と量子物理学は、一見すると全くちがう分野に見えるが、いたる所で繋がっていて、一方で論じていた問題が他方の問題を解く鍵になったりする。そういう関係を発見していくことも重要なテーマになっている。
このように、当研究室は、原理的・基本的な問題を研究する研究室である。研究の進め方は、具体例を研究しながら一般論を探る。研究手法は、研究テーマに応じて選ぶので、特定の手法にも、解析計算か数値計算かということにも、こだ
わらない。

連絡先

http://as2.c.u-tokyo.ac.jp/

教授 清水 明 16 号館 223A 号室shmz^^^as2.c.u-tokyo.ac.jp （^^^を半角の@に変える）

修士論文・博士論文の題目
1)

Formulation of statistical mechanics based on thermal pure quantum states2)

スクイズド平衡状態

3)

Generation of a superposition of macroscopically distinct states at finite temperature

4)

Molecular dynamics simulation of nonequilibrium steady states of electrical conductors

5)Superposition of Macroscopically Distinct States in Quantum Many-body Systems

6)

Prototypes of minute quantum thermodynamic machines

7)

Maximum efficiency of heat engines revisited from stochastic thermodynamics

など.

主な著書
1)

熱力学の基礎 (東京大学出版会, 2007).

2)

新版 量子論の基礎 (サイエンス社, 2004).

3)

Low-Dimensional Systems --- Interactions and Transport Properties (共著, Springer, 2000).

3) アインシュタインと 21 世紀の物理学（共著, 日本物理学会編, 日本評論社, 2005）.
4) 物理学のすすめ（共著, 筑摩書房, 1997）.
など.

主な原著論文1)

Universal Property of Quantum Measurements of Equilibrium Fluctuations and Violation of Fluctuation-Dissipation
Theorem. Phys. Rev. Lett. 117, 010402 (2016).

2)

Canonical Thermal Pure Quantum State. Phys. Rev. Lett. 111 (2013) 010401.

3)

Thermal Pure Quantum States at Finite Temperature, Phys. Rev. Lett. 108 (2012) 240401.

4)

General properties of response functions of nonequilibrium steady states, J. Phys. Soc. Jpn. 79 (2010) 013002.

5)

Detection of Macroscopic Entanglement by Correlation of Local Observables, Phys. Rev. Lett. 95 (2005) 090401.

6)

Quantum Zeno Effect by General Measurements, Physics Reports 412 (2005) 191.

7)

Conversion of Thermal Equilibrium States into Superpositions of Macroscopically Distinct States. Phys. Rev. A 97,
012124 (2018)8)

Stability of quantum states of finite macroscopic systems against classical noises, perturbations from environments,and local measurements, Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 270403.
など

学生へ一言

当研究室を志望する学生さんは、清水研ホームページ内の、「しみずの雑記帳」
http://as2.c.u-tokyo.ac.jp/~shmz/zakki.html
や、「清水研を志望する方へ」
http://as2.c.u-tokyo.ac.jp/sibousuruhitohe.html
を一読してください。様々な情報が得られますから、少しうるさく感じるかもしれないことも書いてありますが、お役に立つと思います。

研究室のメンバー2019 年 4 月現在では、6 人の大学院生が在籍している。研究室の OB, OG （大学院生とポスドク）
は多方面で活躍している。アカデミックポストでは、ベルリン工科大学教授・京都大学准教授・東京医科歯科大学准教授・電気通信大学准教授・群馬大学助教・静岡大学助教、などに就いている。

Statistical Physics

福島研究室

統計物理学・物性理論
200K を超える超伝導を示すことが発見されましたが，これもH と S が高圧条件で混ざったときにできる安定な結晶構造が理論的にはわかっていなかったのです．これは人類が相転移を完全に理解し切れていないことを顕著に表しています．

ランダム系の統計力学
現実の系では欠陥等の何らかの意味で均一な系を乱すラン
ダムさが存在します．少々のランダムさではほとんど何の変化も示さないこともありますが，一方でランダムさが本質的な役割を果たして，均一系とはかなり異なる性質を示すこと
福島孝治 教授

福島孝治 教授 Koji Hukushima

があります．それを理解するためにはランダムさを物理の問題として扱う必要があります．この理論的な扱いはランダム系の統計力学として，スピングラスと呼ばれるランダムな磁性体の研究の中で大きく発展しました．相転移としても興味深い内容を持つ一方で，この数理的な構造が多くの問題と形式的な類似性をもつことも分かってきています．例えば，あこの研究室では，相転移のようなマクロな系に顕著に現れるるクラスの最適化問題はランダム系の統計力学の問題と等価協力現象に興味をもって研究しています．特定の研究テーマであることがわかり，ランダム磁性体が相転移をするように，に限定することなく，各人が個別の研究を進めてお互いに切最適化問題も外部変数を変えたときに相転移を示します．こ磋琢磨する場でありたいと考えています．それぞれの研究テのとき解空間の劇的な構造変化が起こり，問題を解くときのーマは脈絡のない寄せ集めではなく，平衡統計力学的な思想

難しさと関係していると考えられています．また、 ベイズ統

が共通項として根底にあります．新しい学問領域や境界領域計との類似から情報理論との関連も大きく進展しました．

を multi-discipline と呼ぶことがありますが，それとは異な

我々の研究室では，ランダム系の解析手法の一つであるレプ

り既存の分類ではタグ付けできないような un-discipline な

リカ法を用いて、スピングラス理論の発展から最適化問題な(統計力学を基盤にする)科学の発展を目指しています．

どの関連する多体問題の統計力学的研究を続けています．

相転移の統計力学

計算物理手法の開発「２０世紀の科学の大発見の一つは原子分子の発見である」

多体系の非摂動的手法の一つとして，モンテカルロ法や分とは理論物理学者のファインマンの言葉です．この原子分子子動力学法等の計算物理の方法があります．ここでは，ただが非常にたくさん集まった結果として，我々の日常生活で多単に既存の方法を応用するだけでなく，新しい考えを取り入くの豊かな物質世界を目にするわけです．そのとき，原子分れた計算手法の開発やその応用方法も重要なテーマと考えて子を小数個集めただけではわからないような「量が質を変えいます．これまで計算できなかったことが，計算できるようてしまう現象」の典型例が相転移現象であり，ミクロからマになると少しだけ世界が広がった気がします．おそらく新しクロな世界の性質を議論する統計力学は相転移現象の記述すい実験測定技術を開発することと精神的には共通する感覚かる一つの枠組みです．ミクロなモデルは同じなのに，全く異と思います．ランダム系の問題は一般に複雑な準安定状態構なるマクロな状態方程式が出てくることは，学部の統計力学造を持ち，非常にゆっくりとした緩和現象を示しますが，その講義で相転移現象として勉強することではありますが，単れは非常に長い計算時間を必要とし，やっかいな問題です．

純に驚いたと思います．

平衡状態だけに注目をすれば，すばやく平衡状態に緩和する

これまでに相転移理論は大きく発展して，特に二次転移は仮想的な動力学を導入してもよいはずです．実際にそれが可分類学としても成功を収めましたが，依然としてわからない

能なモンテカルロ法を開発して，現在は多くの分野で使われことも多いです．ガラス転移のように現象の理解そのものがています．

整理しきれていない問題もあるし，スピングラスのように相の理解が確定していない問題もあります．また，新規の現象
が相転移としてとらえられることもあります．それに、そも

http://hukushimalab.c.u-tokyo.ac.jp/
連絡先

教授 福島 孝治 16 号館 221A 号室

そもある原子と別の原子を混ぜたときに安定な相が何である

k-hukushima^^^g.ecc.u-tokyo.ac.jp

かは現在でも正確に予言できないです．数年前に硫化水素が（^^^を半角の＠に変えてください）データ駆動科学
個人的にはベイズ統計など機械学習の方法を用いた自然科学の研究方法論に興味を持っています．実験・計測データか
らどのくらいのことがベイズ統計を用いて，理論的にわかる
限界を明らかにしたいと考えています．昨今，機械学習や深層学習を自然科学に応用する研究が流行ってきていますが，真に理解するための道具になっているのでしょうか？我々は理解の助けになるような機械学習の方法の模索を続けていて、
データ科学から一歩進んだ新しい科学的方法論としてのデー
タ駆動科学を熟成したいと考えています．

修士論文・博士論文の題目
1)

スピングラス模型における１段階レプリカ対称性の破れを伴う解の熱力学的構成

2)

Modern Monte Carlo approaches to classical spin systems: irreversible algorithm and massive parallelization
applied to chiral magnets

3)

最適化問題に対する近似アルゴリズムの典型性能に関する統計力学的解析 など
１） 中島哲也君による２００９年提出の修士論文で、その内容が評価され一高記念賞を受賞
２） 西川宜彦君による２０１８年提出の博士論文で、広域科学専攻博士論文特別賞を受賞。

一般的な解説1) サイコロふって積分する方法―モンテカルロ法― 数理科学別冊「確率的情報処理と統計力学」２００６年９月
2) スケーリング理論とは何か ―有限系から無限系を見る方法― 日本神経回路学会誌 １４、３０５，２００７年
3) 交換モンテカルロ法の創出と展開

東京大学教養学部報 ５２７号 ２０１０年２月

4) スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学、システム/制御/情報 ２０１７年４月
5) “More is …”-たくさんあることの物理， 東京大学駒場スタイル、東京大学出版会 2019 年 6 月

主な原著論文1) Solid-liquid transition of skyrmions in a two-dimensional chiral magnet, Phys.Rev.B99, 064435 20192) Bayesian optimization for computationally extensive probability distributions, PloS one 13,e0193785, 2018.
3) Typical approximation performance for maximum coverage problem, Phys. Rev. E 97, 022138, 2018.
4) An Exact Algorithm Exhibiting RS–RSB/Easy–Hard Correspondence for the Maximum Independent Set Problem, J.
Phys. Soc. Jpn 86, 073001, 2017.

5) Bayesian inversion analysis of nonlinear dynamics in surface heterogeneous reactions, Phys. Rev. E 94,
033305, 2016.
6) Phase transitions and ordering structures of a model of chiral helimagnet in three dimensions, Phys. Rev.
B 94, 064428, 2016. など, 詳細は WEB を見てください．

学生へ一言
私はこの研究室を研究者育成場とは考えていません．必ずしも将来に研究者を目指す人だけの集団とは考えていないという意味です．しかし，ここに在籍する数年の間は科学を研究することをできる限り優先してほしいと思います．研究のことで頭の中をいっぱいにして、仲間ととことん議論し，一喜一憂を繰り返し、そして研究を楽しんでほしいと考えています．この丘を越えてみないと，その先の景色は見えないのです．きっと見たことのない風景が待っています．そのとき脳の状態方程式が変わるのです、きっと。

研究室のメンバー

2021 年 4 月現在では，修士課程 2 名、博士課程 5 名．
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Physics

堀田研究室

物性理論・強相関量子多体系
由度が増えると、途端に、全く解けなくなってしまうことです。そんな中でどのような工夫をして自由度を減らし、物質中で起こる現象の本質をえぐりだすような有効モデルを作り上げることができるかが、我々理論屋の一つの腕の見せ所です。もう一つの見せ所は、こうして限りなく単純化したモデルから人が思いもよらない新現象を見出せるかどうかです。
John Von Neumann がかつて ”With four parameters I can fit anelephant, and with five I can make him wiggle his trunk” と言ったという逸話が残っていますが、実際、自由度を増やせば新しいものを作ることはより容易になります。敢えて自由度を削ぎ落とし、そこに在る真実を見出すことが大事だと考えています。
堀田 知佐 准教授

堀田 知佐 准教授 Chisa HOTTA, Assoc. Prof.

異常量子相を求めて強相関効果が特に強く顕れる系としてフラストレート系があります。例えば三角格子、カゴメ格子、パイロクロア格子などで、格子点上の軌道にある電子やスピン間の相互作用が幾

本研究室では，物質の中で無数の電子が繰りだす多彩な量子

何学的にミクロに競合すると、局所的にエネルギーを最低に多体現象を解明し、更にその先に未知の物性を開拓することする（＝満足する）ことができなくなり、フラストレーショを目標に据えた 理論研究を行っています。 実験研究を注視

ンがたまります。その結果、低温までマクロなエントロピー

しながらミクロな有効モデルを構築し、それを解析的あるいが残って熱力学第三法則が破綻します。我々はこのフラストは数値的に解いて 得られた手がかりをもとに、物質内で展開

レート系を中心に、これまでいくつかの新規量子相を発見・される「ストーリー」を紡ぎだすというスタイルをとってい提案してきました。たとえば、異方的三角格子上で、単一自ます。 こうした理論は有効理論と呼ばれ、問題が難解で厳密由度だった電荷が、強い相互作用によってピンボール液体相に解けない場合にも、 重要な部分だけうまく取り出して物事という固体（ピン）と液体（ボール）に分離する相、本来分の本質をとらえる方法論です。

かつことのできない素電荷 e が、相互作用によって分数化

強相関系とは？

(e/2+e/2)する相、強相関絶縁体の代表であるモット絶縁体で、物性物理学の２０世紀は、半導体、超伝導、磁性、誘電性、などといった、今では当たり前となりつつある特徴的な物性、いわゆるテクノロジーに役立つ性質が、どのような仕組みであらわれるかを理解することに邁進した時代でした。その追込み段階で現れたのが高温超伝導、分数量子ホール効果、冷却原子など、「強相関」というキーワードなくして理解できない現象の数々です。
強相関系の本質を端的に表すやや言い古された言葉として
P. W. Anderson の「More is Different」があります。元々は同じ要素（原子や電子）からなる物質ですが、物質ごとに伝導性、磁性といった個性を示します、その個性は、物をどんどん小さな要素に分解しても永久にわからない、要素がマクロな集団(More)を作って初めてあっと驚くような性質(Different) が電荷が自己組織的に量子力学的電気ダイポールを作り出す相、カゴメ格子系で、Ｚ３スピン液体という、ランダウの相転移の枠組みを超えた新しいトポロジカル秩序相などです。最近は、
本研究室の大学院生が三角格子上で自発的にカゴメ化したネ
マティック液体相や、新機構の量子スピングラス相、反強磁性マグノンのラシュバ・ドレッセル効果を見出しました。
これらの異常量子相は、発見論的に見出されたものが多く、こうすれば見つかる、という処方箋はありませんが、案外い
ろいろなところに小さな手掛かりが眠っているものです。研
究対象が物質であれば、金属、絶縁体（誘電体）、磁性体、あるいは p電子系、d 電子系、f 電子系、遷移金属、有機結晶など何でも構いません。分野を限らず、面白いことに何でも食いついていこう、というスタンスで研究を進めています。

現れる、という物性物理学の醍醐味を表した言葉です。
強相関系とは、電子同士の相互作用が極めて強くなり、「当たり前」ではない状況がとりわけ生じやすくなった系です。

http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/HOTTALAB/index.html

要素同士が互いを強く意識しあう（相関）ことによって、集連絡先団が、量子揺らぎや熱揺らぎに非常に敏感に反応する、一種
触発の状態が生まれます。
強相関系における理論研究の根本的な問題は、モデルの自准教授 堀田 知佐 16 号館 301A 号室
chisa＾＾＾phys.c.u-tokyo.ac.jp（^^^を半角の＠に変えてください）量子多体数値計算法の開拓
２３

我々は，面白いと思ったテーマを、世界で数人しかできない

個というマクロなオーダーの電子の集ような難しい solver を用いずとも、一定の努力さえ払えば、合体です。モデルで言うとシステムサイズＮが無限大に相当

アイディア次第で「解ける」新たな方法論を探ることを目標します。ところが、量子多体系のモデルでは、ヒルベルト空にしています。最近開発したグランドカノニカル数値解析は、間次元が、Ｎに対して指数関数的に増大するために 高々Ｎ～

「難しさ保存の法則」を破り、Ｎ=∞における物理量をごく普５０程度の小さな有限系しか数値的には厳密に解くことがで通のＤＭＲＧなどの数値計算のレベルで取り出すことに成功きません。１次元や２次元の系では量子揺らぎも強く、３次しました。ごく普通の問題がありふれた solver で容易に解け

元以上でよいとされる動的平均場などの強力な手法もしばしるようになるということは、強力な solver さえ持てば、誰もば破綻します。我々が使っている手法には、近似的にほぼ厳解けなかったような問題が解けるようになることを意味して物質世界は、１０密に近い unbiased な数値解を得る密度行列繰り込み群(ＤＭ

います。実際、グランドカノニカル法は、2 次元ＤＭＲＧとＲＧ)や量子モンテカルロ法などがあります。しかしこれらのの組み合わせで、カゴメ格子スピン系の磁化カーブの同定や方法にも各々限界があり、ある手法で難しい問題は、他の手新しい量子液体相の発見を可能にしました。また、2018 年現法でも別の意味で同程度難しい問題となる、いわゆる「難し在、 有限温度の比熱や磁化率などを, これまで量子モンテカ

さ保存の法則」が往々にして我々を悩ませます。

ルロ法しか適用できなかった系においても得られる、新たな手法展開にも成功しています。

修士論文の題目
1)

リング交換相互作用が誘起するネマティック固体・液体相（横山祐人 修士論文 2018 年）

2)ボンドランダムネスのある三角格子上の横磁場イジングモデルの解析（上田和正 修士論文 2018 年）

3)

多軌道 Mott 絶縁体における幾何学的効果に由来する電気分極の理論（田中克大 修士論文 2018 年）

4)

Magnon excitations in an inversion symmetry broken antiferromagnet (川野 雅敬 修士論文 2019 年) 一高記念賞

5)
一般的な解説、レビュー
6)1) 「異方的三角格子上の電荷のフラストレーション」, 堀田 知佐, 古川 信夫, 固体物理 45, No.5, 255 (2010).
7)2) 「フラストレートした量子多体系」堀田 知佐, 物性研究 Vol. 6 No. 4 （2017 年 11 月号）
3) Theories on Frustrated Electrons in Two-Dimensional Organic Solids, Chisa Hotta, Crystals 2, 1155 (2012)
4) Towards Systematic Understanding of Diversity of Electronic Properties in Low-Dimensional Molecular Solids, Hitoshi Seo,
Chisa Hotta, Hidetoshi Fukuyama, Chemical Reviews 104, 5005 (2004).

主な原著論文1) Designing spin momentum locking in inversion-symmetry broken antiferromagnets, Masataka Kawano, Yoshinori Onose,
Chisa Hotta, Communications Physics 2, 27 (2019).
2) Controlling frustrated liquids and solids with an applied field in a kagome Heisenberg antiferromagnet, Satoshi Nishimoto,
Naokazu Shibata & Chisa Hotta, Nature Communications 4, 2287 (2013).
3) Grand canonical finite-size numerical approaches: A route to measuring bulk properties in an applied field, Chisa Hotta &Naokazu Shibata, Phys. Rev. B 86, 041108 (2012) Editor's suggestion.
4) Quantum electric dipoles in spin-liquid dimer Mott insulator k-ET2Cu2(CN)3, Chisa Hotta, Phys. Rev. B 74, 241104R (2010).
5) Dimensional tuning of electronic states under strong and frustrated interactions, Chisa Hotta & Frank Pollmann, Phys. Rev.
Lett.
ｗ 100, 186404 (2008).

学生へ一言
多くの場合、研究とは華々しいものではなく、山を一歩一歩登っていくような地道な努力の積み重ねです。
日々、手を動かして出てきた、一見無駄にも見える膨大な情報の中に、初めて見えてくるものがあります。
それが見えた瞬間の喜びは格別です。力が徐々についていくに従い、自分の選択できる範囲、つまり自由の大きさが広がります。物理は日々進化していきますので、自分の興味の窓を広く開けておくことも大切です。手間を惜しまず、自由の大きさが変わっていく感覚、興味が広がっていく感覚を、一緒に味わっていける人を歓迎します。誰にも思いつかなかったアイディアをぜひご一緒に！
研究室情報2021 年度は修士 3 名、博士 2 名の構成となっています。

D1

物性物理学・一般物理学

グループ
粒子線物理学
凝縮系物理学
量子光学・量子エレクトロニクス
生物物理学・脳科学

D2

分子科学・物質科学

グループ
理論化学・理論分子科学
分子分光学・反応動力学
物性化学
無機物質化学
有機物質化学47

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1)

A parts-per-billion measurement of the antiproton magnetic moment, Nature, 550, 371 (2017)2)

Sixford improved single particle measurement of the magnetic moment of the antiproton, Nature Communications,8, 14084 (2017)3)

New precise measurement of muonium hyperfine structure interval at J-PARC, Hyperfine Intractions, 238, 14(2017)

4)

Direct detection of antihydrogen atoms using a BGO crystal, Nucl. Instrum. Meth. A, 840, 153 (2016)5)

A source of antihydrogen for in-flight hyperfine spectroscopy, Nature Communications, 5, 3089 (2014)Ó_•¾SUbÊ2c\Æ¥bIrJr^Ê2µõ\ŠK^@}

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1)

Nanoscale friction: kinetic friction on magnetic flux quanta and charge-density wave"; A. Maeda et al.,: Phys. Rev. Lett. 94 (2005)
077001/1-4, also D. Nakamura et al.,: J. Phys. Condens. Matter. 22 (2010) 445702/1-7 (IOP select _Ed€•),2)

Critical microwave-conductivity fluctuations across the phase diagram of superconducting La 2-xSrxCuO4 films; H. Kitano et al.,:Phys. Rev. B73 (2006) 092594/1-4, also K. Ohashi et al.,: Phys. Rev. B79 (2009)184507/1-20 (Editors suggestion _Ed€•),3)

Systematic comparison of eight substrates in the growth of FeSe0.5Te0.5 superconducting thin films; Y. Imai, T. Akiike, I, Tsukada,
A. Ichinose, A. Maeda et al.,: Appl. Phys. Express 3 (2010) 043102/1-3,(2011 º APEX most cited 10 papers _Ed€•)4) Microwave surface-impedance measurements of the electronic state and dissipation of magnetic vortices insuperconducting LiFeAs single crystals; T. Okada, Y. Imai, and A. Maeda et al.: Phys. Rev. B86 (2012) 064516.
5) Investigation of the superconducting gap structure in SrFe2(As0.7P0.3)2 by magnetic penetration depth and flux flow
resistivity analysis; H. Takahashi, T. Okada, Y. Imai, and A. Maeda et al.: Phys. Rev. B86 (2012) 144525.
6) Superconductivity at 5.4 K in E-Bi2Pd: Y. Imai. F. Nabeshima, T. Yoshinaka, K. Miyatani, R. Kondo, S. Komiya,
I. Tsukada, and A. Maeda.: J. Phys. Soc. Jpn. 81 (2012) 113708.

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応用量子物理学

一方、ワイドギャップ半導体は物質科学の新境地です。
絶縁体に属するこれら物質では、ｐドーピングの困難や紫外発光の大気吸収など通常半導体の常識が通用しません。
我々は、未開拓の光量子物理と新奇デバイスの創製を目指し、準安定相を自在に制御できる手法の確立に挑みます。

【 光物理からシリコンレーザーまで 】

深津 晋 教授 Susumu Fukatsu, Prof.
安武裕輔 講師 Yuhsuke Yasutake, Lecturer
広域システム科学系

助教 Assist. Prof., （近日着任予定)

物質を対象とする物性物理学。光量子を扱う量子光学。
そしてこれらを包摂する量子物理学。従来はバラバラだった学理が融合した先に「応用量子物理学」が位置します。
我々は、この応用量子物理を駆使することで空想だにされない特性の物質、物理的特性に斬り込もうとしています。
ターゲットは、日常的な環境で発現する非古典的な効果や誰も実現できないデバイス機能です。「そんなことできる
わけない」
「おや？」
「あれ？」等の反応を期待しています。
時には専用の実験装置や未踏の計測技術が要求されますが、これらを実現することも自体も研究のターゲットです。

エレクトロニクス全能のシリコンも光ではイマイチです。
とくに LED のように光を発生することが大の苦手です。
注入型のシリコンレーザーは有史以来の人類の夢であり、今流行りのシリコンフォトニクスの鍵を握っています。
現段階で想定される実行可能なシナリオはふたつです。
ひとつは結晶の操作、もうひとつは光と電子の相互作用からのアプローチです。前者は、前述の「不安定な結晶の相」による方法です。シリコン近縁のゲルマニウム混晶は、高歪下か準安定の六方晶でレーザー発振に有利なバンド構造に変化します。これらを実験で検証することを試みます。
またワイドギャップ障壁の量子構造も選択肢の一つです。
相互作用制御は同族ゲルマニウムの発振が試金石です。
そのままスピン LED・レーザーに直結する点も魅力です。
電子ラマン散乱とバンド端再結合を競合させる戦略によって自然放出光増幅やレーザー発振の実現に挑みます。
これらの過程を支配するのが電子のバレー間散乱です。
バレー間散乱はバレー毎に異なるスピン分極率などの効
果もたらしますが、超高速現象のため詳細は未解明でした。
我々は、スピン敏感ポンプ・プローブ蛍光法や共同研究の
２光子光電子分光を利用して全貌解明と制御に挑みます。
2.0
1.2

E
X

バレー間散乱(運動量緩和)【 半導体薄膜の結晶成長ー不安定な世界は宝の山 】

物質の性質を理解し、制御することが物性物理の目的です。

ENERGY (eV)

1.8
1.0
1.6
1.4

Г →{X, L}→{Γ,X,L}

①
②

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0.1
0.0
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熱浴との平衡化②③④
X-to-L
バレー間散乱E

バルク表面間散乱
CBM
しかし、自然が用意した物質だけを調べる研究は過去の話。
表面緩和
今や物理屋でも物質を「自炊」するのが当前の時代です。
k (Å )
物質の性能はほぼ設計で決まります。「量子現象や非古角度時間分解２光子光電子分光によるGeのバレー間散乱の観測. (大阪市大との共同研究）
典効果」の舞台である物質は実はデザイン勝負なのです。
これに代表されるように光物理の理解の深化は、デバイ
非従来型の性質の多くは「自然に安定に存在しない相」で発生します。これをいかに克服し制御するかが問題です。
ス機能の開拓とその高度化を促すことから、これまでに積
近年、原子層物質に注目が集まっています。相対論的電極的に新物質の光物理に斬り込んできました。最近の例は、
太陽電池開発にインパクトがある有機無機ペロブスカイ
子や幾何学位相に加えてスピン分極の光制御も興味深い。
我々は、多彩な物性が期待される原子層物質の「３次元ヘトの光誘起構造相転移、化合物半導体量子構造での蛍光アテロ構造」の実現を試みています。このためには「不安定ップコンバージョン、近赤外発光に特化した有機分子です。
性の解決」に加えて「薄膜=２次元」の固定観念の打破が必要です。スピン軌道結合が強く、サーファクタント効果 【 量子物理からポータブル非古典光源まで 】
によって３次元エピ成長を支援する物質の発見が要です。
量子エンタングルメントは、非古典性の現れの象徴です。
(i)(ii)
離れた２粒子間の強い相関は、奇妙で好奇心を刺激します。
単一光子やスクイーズド光の特異性は、通信・情報処理で[001]
X
威力を発揮しますが、従来、研究室レベルに留まりました。
Si[110] [110]我々の野心は、これらをフィールドへ持ち出すことです。
自己サーファクタント効果（赤どうしの交換では変化が生じない）
-1

結像面

200

斜方コリメート光

２光子干渉フリンジ

150
100

Type-II
BBO

50

モードマッピングレンズ

0

LEDポンピングによる周波数離調した偏光エンタングル光子対発生

エンタングルメント純度へのコヒーレンスの影響を調べ、レーザー限定の非古典光発生を LED で実現させました。
今後は、デコヒーレンス耐性をもつ光子や太陽光でエンタ
ングル光子対を作る無電源ポータブル光子源に挑みます。
他方、電極が不要の光学物性評価は便利です。出力信号
は大抵、プローブ光強度の増加関数で過大入力は禁物です。
ここで多光子状態が真価を発揮します。１光子の位相変化
が N 光子では N 倍になるからです。エンタングル多光子であれば量子限界の精度での精密測定が可能になります。
吸収性媒質の磁気光学等を例に、量子プロトコルが測定精度で古典プロトコルを凌駕することの検証を試みます。
弱測定は、認知度が浅いながらも量子力学にもとづく新機軸の計測原理です。その本質の理解することで時間・周
波数ドメインで超微小信号の非破壊検出を試みます。

【 推定からゴーストプロトコルによる物性計測まで 】

物理計測は、つねに決定論的で測定事実に基づいています。
「推定」はこの制約を取り除き、測定を高速化さえします。
我々は、スパースモデリングの方法を駆使して、装置固有の「周波数帯域を無制限に拡大可能」なことを示しました。
「推定」を駆使して物性計測のさらなる高度化に挑みます。

2光子干渉 とエンタングル光子対を利用した擾乱耐性イメージング

ところで「物体を見ない撮像」、「スリットなしの光回折」
は違和感が満載ですが、ゴーストイメージング(通称 GI)
はこれらを可能にする奇妙ながら合理的な光学技術です。
まず、光束が２経路に分かれます。光路１にはスリットと全検出型の検出器１があり、他の光路には２次元カメラ。
２光子に予め一定の相関を持たせると、スリットのない光路の側にスリットの像や回折フリンジを呼び起こせます。
実体がないゆえゴーストイメジング、ゴースト回折です。
時間ドメインの差動イメージングやゴースト回折を実証済みであり、ゴースト・プロトコルの進化を模索します。
実は、非古典的な２粒子相関とも密接に関係しています。
一見すると無相関な概念どうしを融合させることで、新たな物性計測への道が拓けます。我々は、ワイドギャップ半
導体の紫外分光を、非線形光学も何も使わずに可視光だけでかつ「非局所的」に行えることの検証に挑んでいます。
これにより真空紫外域の研究を一気に加速できます。
一方、物性計測はつねにノイズや信号の劣化に悩まされます。我々は、非局所的な相関を巧みに利用することで擾乱に耐性をもつ信号・情報伝送の実現を目指しています。

修士論文・博士論文の題目
・有機無機ハライドペロブスカイトの光誘起総転移（超低密度の光励起で構造総転移が誘起できることの検証）

・Ultra-Thin-Body Ge の量子閉じ込め効果(酸化物障壁 Ge 量子井戸の分光学的研究）

・一軸及び二軸性応力を印加したゲルマニウムにおける電子ラマン遷移の研究 （バンド端に電子ラマン遷移の共鳴）
・ゲルマニウムにおける光スピン制御
・重金属を含む物質の光学的評価に関する研究（フォノンフィルタによるバレー依存のスピン分極生成）（NOON 状態エンタングル光子対を用いた位相変化の量子増幅）

・圧縮センシングによる帯域制限の緩和と信号の時間波形再生
・ゴーストイメージング・ゴースト回折の時間ドメインへの拡張（装置固有の周波数帯域拡張技術）（時間ドメインでゴースト・プロトコル）

・低コヒーレンス光励起によるパラメトリック下方変換を使った非古典光生成の試み（LED ポンプの単一光子源）

・散逸・擾乱のある環境下での通信・計測への応用に関する研究（デコヒーレンス耐性光の２光子量子トモグラフィ）・
最近の原著論文

1) "Synthesis of a Black Dye with Absorption Capabilities Across the Visible-to-Near-Infrared Region:
A MO-Mixing Approach via Heterometal Coordination of Expanded Porphyrinoid",.
Wang, Yue, et al., J. Amer. Chem. Soc, 142, 6807 (2020).
（可視ー近赤外の広域超光吸収分子の発見）
2) "Heralded single-photon source fueled by light-emitting diode" ,D. Nishii, Y. O-oka, Y. Okawa and S. Fuaktsu, Appl. Phys. Lett. 115, 211106 (2019).
(LED ポンプの単一光子源）
3) “Differential ghost imaging in time domain” Y. O-oka and S. Fukatsu, ibid. 111, 061106 (2017). (時間ドメイン差動 GI）
研究室のメンバー

博士課程 1 名、修士課程 2 名
学生諸君へ一言"なにかすごいことをやりたい”と思うのなら"普通のことがちゃんとできること”を目指してください。
スーパープレーよりも"ごく当たり前のことが普通にできること”の方が、実はずっと大切なことです。
また"すごいことをやらなければ”と思った途端に研究が楽しくなくなります。自然体で楽観的であれ。

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1)"Electric field control of magnetic anisotropy in a Co/Pt bilayer deposited on a high- 6U7L23",
S. Nakazawa, A. Obinata, D. Chiba, K. Ueno, Appl. Phys. Lett., 110, 062406 (2017).

2)³Effective thickness of two-dimensional superconductivity in a tunable triangular quantum well of SrTiO 3´,
K. Ueno, T. Nojima, S. Yonezawa, M. Kawasaki, Y. Iwasa, Y. Maeno, Phys. Rev. B 89, 020508 (R) (2014).

3)³Electrically-induced ferromagnetism at room temperature in cobalt-doped titanium dioxide´,Y. Yamada,
K. Ueno, T. Fukumura, H. T. Yuan, H. Shimotani, Y. Iwasa, L. Gu, S. Tsukimoto, Y. Ikuhara, M. Kawasaki,
Science 332, 1065 (2011).

4)³Discovery of superconductivity in KTaO3 by electrostatic carrier doping´, K. Ueno, S. Nakamura, H. Shimotani,
H. T. Yuan, N. Kimura, T. Nojima, H. Aoki, Y. Iwasa, M. Kawasaki, Nature Nanotechnology 6, 408 (2011).

5)³Electric Field Induced Superconductivity in an Insulator ³ . 8HQR, S. Nakamura, H. Shimotani, A. Ohtomo, N.
Kimura, T. Nojima, H. Aoki, Y. Iwasa, M. Kawasaki, Nature Materials 7, 855 (2008).

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1)"Observation of a Magnetopiezoelectric Effect in the Antiferromagnetic Metal EuMnBi 2", Y. Shiomi, H.
Watanabe, H. Masuda, H. Takahashi, Y. Yanase, and S. Ishiwata, Phys. Rev. Lett. 122, 127207 (2019).

2)³Spin pumping from nuclear spin waves´,
Y. Shiomi, J. Lustikova, S. Watanabe, D. Hirobe, S. Takahashi, and E. Saitoh, Nature Phys. 15 22-26 (2019).

3)³Vortex rectenna powered by environmental fluctuations´,
J. Lustikova, Y. Shiomi, N. Yokoi, N. Kabeya, N. Kimura, K. Ienaga, S. Kaneko, S. Okuma, S. Takahashi, and E.
Saitoh, Nat. Commun. 9, 4922 (2018).

4)³Giant Piezoelectric Response in Superionic Polar Semiconductor´,
Y. Shiomi, T. Akiba, H. Takahashi, and S. Ishiwata, Adv. Electron. Mater. 4, 1800174 (2018).

5)³Spin-electricity conversion induced by spin injection into topological insulators³ Y. Shiomi, K. Nomura, Y.
Kajiwara, K. Eto, M. Novak, Kouji Segawa, Yoichi Ando, and E. Saitoh, Phys. Rev. Lett. 113, 196601 (2014).

6)³Paramagnetic spin pumping³, Y. Shiomi and E. Saitoh, Phys. Rev. Lett. 113, 266602 (2014) (Editors'
suggestion).

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野口研究室

イオン・超伝導・電子ハイブリッド量子系
完全に制御された、多自由度な量子系、それが量子コンピュータです。1981 年に、Richard Feynman にその概念を提案されて以来、40 年近い理論・実験的研究が続けられており、近年にはクラウドベースの量子計算サービスが始められつつあります。しかしながら、マクロスコピックな系を量子系として扱うには、外部からの擾乱を完全に除去しなければなりません。外部からの擾乱によるエラーを、観測とフィードバッ
クによって訂正する技術を量子誤り訂正と呼びます。しかし、こうした制御自身にもエラーが含まれているため、十分に高い精度での制御、またそれら素子の集積化が行われなければ、
野口篤史 准教授

真に意味のある量子コンピュータは実現しません。

超伝導量子回路野口 篤史 准教授 Atsushi Noguchi, Assoc. Prof.

近年の量子コンピュータに関する理論的な研究の進展により、量子誤り訂正に必要な精度の要求は少しずつ緩和されて量子エレクトロニクス・量子情報処理います。また、量子系の制御技術の向上により、2008 年には原子や電子などのミクロな対象の運動を記述するには、量子レーザー冷却されたトラップイオン系を用いて、2014 年には力学が用いられます。量子力学では、量子重ね合わせ状態や超伝導量子回路を用いることで、それぞれ誤り訂正閾値を超トンネル効果・量子もつれ状態など、我々の直感からするとえるような高精度制御が報告されました。とくに超伝導量子

一見不思議な現象が予言されます。これらの現象はミクロな回路は、微細加工技術によって集積化が可能な系として、2014

対象には観測されていますし、また近年では制御すらされる

年以降、世界中で爆発的に研究されるようになりました。

ようになってきました。こういった究極的な制御技術を用い、しかしながら、現実的なデバイスとして動かすには、閾値

情報処理やセンサーなどとして活用しようというのが量子エよりもずっとずっと高精度である必要があり、また実際に集

レクトロニクスと呼ばれる研究です。量子エレクトロニクス

積化を行うにも、配線やクロストークなど、技術的な課題がにおける究極的な目標は量子コンピュータの実現です。自由無数にあります。私たちの研究室でも、こうした課題に立ち度の大きい系では、ノイズなどの影響でデコヒーレンスによ向かうため、新しい超伝導量子回路の開発を行っています。

って量子的な振る舞いが消えてしまいます。それゆえ、私た

特 に 、 超 伝 導 非 線 形 非 対 称 誘 導 素 子 (Superconducting

ちの生活には量子現象は目で見える形では起きておりません。

nonlinear asymmetric inductive element)という超伝導素子を使用した新しいタイプの量子ビットの開発を行っています。
従来の量子回路に比べて、配線の数が少なく、また高速な制御ができる量子ビットです。その反面、まだ十分に長いコヒーレンス時間が実現しておらず、現在その性能向上に取り組んでいます。ニオブとアルミニウムという２種類の超伝導体からなる超伝導回路は、理化学研究所のクリーンルームにあ

真空中に捕獲されたレーザー冷却イオン。この写真では 22 個の原子が捕獲されている。

る東大先端研の中村研究室の設備を利用して作製しています。

http://www.sqei.c.u-tokyo.ac.jp
連絡先 (電話番号は 03-5452-を最初に付ける)准教授 野口篤史 10 号館 403 号室 TEL -6118
u-atsushi (at) g.ecc.u-tokyo.ac.jp
特任助教 長田有登 10 号館 403 号室 TEL -6118
alto (at) g.ecc.u-tokyo.ac.jp
特任助教 中村一平 10 号館 403 号室 TEL -6118
超伝導量子回路。微細加工技術により、シリコン基板上に形成された２次元の電気回路。中央下の構造が量子ビットになっている。

ippei-nakamura (at) g.ecc.u-tokyo.ac.jp

超伝導イオントラップ・超伝導電子トラップ

当研究室では、イオンよりも荷電／質量比が高い粒子として真空中に浮いたレーザー冷却されたイオンからなる量子系

電子に着目しています。Paul trap によって真空中に捕獲されは、外界からの影響が小さいために、これまで人類が制御した電子は、非常に高速に駆動するイオントラップ系としてみた量子系として、最も高い精度を誇っています。さらなる高なすこともでき、高性能な量子状態制御を実現するプラット

精度化を目指すため、近年ではマイクロ波を使ってイオンをフォームになる可能性があります。振動する電子は電気双極制御する技術が研究されるようになりました。しかしながら、子を持つために、超伝導量子ビットとも相互作用することがその制御には高強度のマイクロ波が必要になるため、消費電

でき、新しいハイブリッド量子系になります。また、イオン力の大きさや、加熱、また制御の速度が問題になります。当トラップ実験などから見積もられた値を外挿して電子に適用

研究室では、これらの問題を解決するために、イオンの制御することで、相互作用とデコヒーレンスの比として、イオンに超伝導マイクロ波回路を用いる研究を行っています。超伝

トラップや超伝導量子回路を含めてこれまで実現されてきた導回路は高いＱ値を持ち、少ない強度で巨大な磁場を発生さ量子系のなかで最も高い性能を見積もることができます。ませることができます。ゲートの制御速度を上げる方法として、

た、イオンと電子は互いにクーロン力で相互作用しています

イオントラップの高周波化を考えることもできます。超伝導ので、この捕獲された電子系をインターフェイスにすること回路を使うことで、イオントラップに用いる電場を高周波化

で、イオントラップ系と超伝導回路を互いに結びつけたハイ

し、それによってイオンの振動周波数を上げることにより、ブリッド量子系が実現できかもしれません。さらに、電子と量子ゲートも高速化することができます。

イオンが同時に捕まった系は、配列する原子で電子が伝導す

さらに劇的な制御の高速化を狙うために、より荷電／質量比の大きい荷電粒子を用いることを考えることができます。

る固体中を人工的に再現した系であると考えられます。こういった実験系の実現を目指し研究をしています。

主な原著論文1)“Qubit-assisted transduction for a detection of surface acoustic waves near the quantum limit”
Atsushi Noguchi, Rekishu Yamazaki, Yutaka Tabuchi, Yasunobu Nakamura
Physical review letters 119, 180505 (2017)

2)“Hong-Ou-Mandel interference of two phonons in trapped ions”
K. Toyoda, R. Hiji, A. Noguchi, S. Urabe, Nature, 527, 74 (2015).

3)“Coherent coupling between a ferromagnetic magnon and a superconducting qubit”
Y. Tabuchi, S. Ishino, A. Noguchi, T. Ishikawa, R. Yamazaki, K. Usami, Y. Nakamura, Science 349, 405 (2015).

4)“Aharonov-Bohm effect in the tunnelling of a quantum rotor in a a linear Paul trap”
A. Noguchi, K. Toyoda, S. Urabe, Nature Communications 5, 3868 (2014).

5)“Generation of Dicke States with Phonon-Mediated Multi-level Stimulated Raman Adiabatic Passage”
A. Noguchi, K. Toyoda, S. Urabe, Physical Review Letters 109, 260502 (2012).

研究テーマ例⚫

極低温での低エネルギー電子検出⚫

電子トラップ⚫

超伝導イオントラップ⚫

超伝導量子回路を用いた量子制御実験

学生へ一言重ね合わせ状態・トンネル現象・エンタングルメントなど、量子系は、私たちの直感とは異なる不思議なふる
まいをします。現代エレクトロニクスでは LSI の集積化が進み、近年の数 nm というサイズの配線は、もはや数十個の原子の幅しかありません。そういった領域まで進んだとき、さらなる技術の発展には量子力学の利用が不可欠となります。私たちは、量子力学の不思議な現象を積極的に利用した量子技術の発展を目指しています。誤り訂正された量子計算機の実現など、本当に役に立つ量子技術は未来のものかもしれま
せん。しかし、それに向かうまでの究極的な技術開発は、量子系の制御だけではなく、さまざまな応用に用いられるでしょう。見えない量子の世界を、見てみたくはないですか？

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1) A simplified 461-nm laser system using blue laser diodes and a hollow cathode lamp for laser cooling of Sr,
Yosuke Shimada et al., Rev. Sci Instr. 84, 063101-1-7 (2013).
2) Carbon nanotube/polymer composite coated tapered fiber for four wave mixing based wavelength conversion, Bo
Xu et al., Optics Express, 21, 3651-3657 (2013).
3) Photodetachment of Positronium Negative Ions, K. Michishio et al., Phys. Rev. Lett. 106(15), 153401 (2011).
4) Saturated absorption spectroscopy of acetylene molecules with an optical nanofiber, M. Takiguchi et al., Optics
Letters, 36(7), 1254-1256 (2011).
5) Precise intensity correlation measurement for atomic resonance fluorescence from optical molasses, K.
Nakayama et al., Optics Express, 18, 6604-6612 (2010).
6) Holographic storage of multiple coherence gratings in a Bose-Einstein condensate, Yutaka Yoshikawa et al., Phys.
Rev. Lett., 99(22), 220407-1-4 (2007).
7) New High-Efficiency Source of Photon Pairs for Engineering Quantum Entanglement, K. Sanaka et al., Phys.
Rev. Lett., 86(24), 5620 (2001) .
8) Novel optical trap of atoms with a doughnut beam, T. Kuga et al., Phys. Rev. Lett., 78(25), 4713-4716 (1997) .
9) Laser Excitation of the Muonium 1S-2S Transition, S. Chu et al., Phys. Rev. Lett., 60, 101-104 (1988).
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鳥井研究室

原子物理学・レーザー冷却実験
レーザー冷却を用いた量子縮退気体の研究、極低温分子の生成および電子の電気双極子モーメント（eEDM）の探索
青木貴稔助教

鳥井寿夫教授電子は、電荷-e を持ちますが、電気双極子モーメント（EDM）
も持っているかもしれないと考えられています。特に、レー
ザー冷却した原子・分子を用いると、電子 EDM を超高感度に測定でき、これはスイス CERN の世界最高エネルギーの加速器 LHC を遥かに上回る高エネルギーの新粒子の探索に相当します。
我々は世界最高の性能を誇るルビジウム原子の BEC 生成装置を保有し、リチウム原子およびストロンチウム原子も同時にレーザー冷却できる装置を開発しました。我々は、光や磁場を用いて、これら冷却原子から人工的に冷却分子を生成す

鳥井 寿夫 教授 Yoshio Torii, Prof.
青木 貴稔 助教 Takatoshi Aoki, Assist. Prof.
レーザーを用いて気体原子を冷却または捕獲する「レーザー冷却」という研究分野は、1980 年代後半から飛躍的に発展し、1995 年にはマクロな数の原子が量子力学的に許される最低エ
ネルギー状態を占めるボース・アインシュタイン凝縮（BEC）が実現されました。BEC は原子間相互作用が制御できる理想的な量子凝縮系として多くの研究者の興味を引き続け、原子物理学、凝縮系物理学、素粒子物理学、量子光学、量子技術などを取り込む大きなサブフィールドを形成しています。
以下に本研究室が現在取り組んでいるテーマを紹介します。

ることで、冷却分子を用いた EDM 探索を目指しています。

冷却原子の量子センシングによるダークマター探索
現在の物理学では、宇宙は、我々の銀河・太陽系などの物質(5%)よりも、ダークエネルギー(68 %)やダークマター(27%)など未知のものが支配的であることが知られています。そして、その正体を探る研究が世界中で活発に行われています。
このうち、ダークマター（暗黒物質）は、光では直接観測できません。しかし、原子内の「弱い力」によるパリティ破れの影響を「光」で検出することで、ダークマターを探索することができます。我々は、光技術と弱い力を組み合わせて、
量子エンタングル状態の原子でダークマターの測定感度を高める全く新しいアイデアを提案しました。光技術と弱い力を組み合わせた量子センシングは、新しい分野を開拓します。

リドベルグ原子の量子エンタングルメント状態を用いた
量子センシング
近年、原子の超精密周波数分光の発展により、原子時計・原子干渉計・基礎物理の探索など活発に研究されており、原子を用いた外場などの精密計測は、「量子センシング」と呼ばれています。特に、量子エンタングル状態を用いた量子センシ
ングの測定感度は、標準量子限界（Standard Quantum Limit,
SQL）を突破します。我々はリドベルグ原子のシュレーディ
ンガーの猫状態を用いた、SQL を超える超高感度な電場の量
子センシングを研究しています。シュレーディンガーの猫状

C = 500 nK

pure BEC

2mm（上）Rb 原子ボース・アインシュタイン凝縮体生成装置。凝縮した原子数では世界最高（~107 個）を誇る。
（下）原子気体の BEC
相転移を表す吸収画像。左図が熱的原子集団、右図が純粋なボース凝縮体。このように、我々はボース凝縮体の波動関数を直接観測することができる。

態は、巨視的な量子重ね合わせ状態であり、これによるセンシング技術の高感度化は、ホットなトピックとなっています。

http://atom.c.u-tokyo.ac.jp
連絡先(電話番号は 03-5454-を最初に付ける)
教授 鳥井 寿夫 16 号館 224A 号室 TEL -6757
ytorii (at) phys.c.u-tokyo.ac.jp
助教

青木 貴稔 16 号館 B07 号室 TEL -6525
aoki (at) phys.c.u-tokyo.ac.jp

修士論文・博士論文の題目
・ 電場の量子センシングに向けた Sr リドベルグ原子源の開発
・ 狭線幅光会合による極低温 Sr2 分子の生成
・ 干渉フィルターを用いた外部共振器型半導体レーザーの長期安定化
・ ホローカソードランプを用いた Sr+ イオンの 5S1/2 - 5P1/2 遷移のドップラーフリー分光
・ レーザー冷却のためのホローカソードランプを用いた Sr 原子の分光・ モンテカルロシミュレーションによる Sr 原子の狭線幅レーザ冷却の研究
主な著書
1.

青木貴稔、鳥井寿夫 他、「標準模型を超えた新物理を探索するための原子パリティ非保存効果の精密周波数測定」電気学会 電子回路研究会 ECT－18－060-1-6 (2018).

2.

鳥井寿夫「ボース・アインシュタイン凝縮」数理科学 2014 年２月号

主な原著論文
1.

Relativistic coupled-cluster study of diatomic metal-alkali-metal molecules for electron electric dipole moment
searches, A. Sunaga et al., J. Phys. B 53, 015102 ( 2020).

2.

Optical-lattice-based method for precise measurements of atomic parity violation, A. Kastberg, T. Aoki, et al., Phys.
Rev. A 100, 050101(R) (2019).

3.

Doppler-free spectroscopy of metastable Sr atoms using a hollow cathode lamp, Y. Hayakawa, T. Sato, C.
Watanabe, T. Aoki, and Y. Torii, Appl. Opt. 57, 1450 (2018).

4.

Parity-nonconserving interaction-induced light shifts in the 7S1/2-6D3/2 transition of the ultracold 210Fr atoms to probe
new physics beyond the standard model, T. Aoki, Y. Torii et al., Appl. Phys. B 123, 120 (2017).

5.

Photoionization loss in simultaneous magneto-optical trapping of Rb and Sr, T. Aoki, Y. Yamanaka, M. Takeuchi, Y.
Torii, and Y. Sakemi, Phys. Rev. A 87, 063426 (2013).

学生へ一言
レーザー冷却・ボース凝縮実験はレーザー技術、量子エレク
トロニクス、超高真空技術、電子回路、プログラミングなど
様々な実験技術の結集した装置の上に成り立っています。この分野で研究を進めるうちに、これらの実験技術が自然と身につくでしょう。大学院は研究者としての第一歩を踏み出す場
所です。単に講義やセミナーに受身で参加するだけでなく、自ら問題を見つけ、それを解決する能力も身につけてください。
スタッフや学生とのディスカッションも大いに役に立つでしょう。また海外の国際会議発表や海外で研究など、学生の海外派遣も奨励しています。実験が好きで、光と原子の織り成す量子力学の世界を体感したい意欲ある学生を待っています。

学生の海外派遣

研究室小景Physics

酒井研究室

人間の脳機能の解明

酒井邦嘉教授酒井邦嘉 教授 Kuniyoshi L. Sakai, Prof.

人間の脳の「言語地図」Science 310, 815-819 (2005).

言語機能を中心とした高次脳機能メカニズムの解明
自然言語の文法性や普遍性・生得性といった高次脳機能を明らかにするための研究を進めている。実際の研究では、普遍文法の機能分化と機能局在を明らかにするための研究パラ

脳研究は、遺伝子レベルから言語などの高次脳機能に至るまで、急速に発展してきた。こうした脳科学の進展において、医学（生理学・生化学・薬理学・解剖学などの基礎医学から脳外科・神経内科・精神科などの臨床医学まで）や理工学（物理学・化学・生物学・情報科学など）はもちろんのこと、心理学・哲学・言語学などの文系の分野にまでその境界領域が広がりつつある。研究室では「システム・ニューロサイエンス（Systems Neuroscience）」と呼ばれる脳科学の分野で、言語脳科学を中心とした最先端の研究を行っている。言語は、脳における最も高次の情報処理システムである。われわれが母語を用いて発話したり、他者の発話を理解したりするときには、「普遍文法」に基づく言語情報処理を、無意識のレベ
ルでおこなっていると考えられる。普遍文法の計算原理が、実際に脳のどのようなシステムによって実現されているか、という究極の問題を解き明かしていきたい。

人間を対象とする脳機能の解析

ダイムを開発した上で、上記の手法を駆使して言語の脳機能
イメージングを行う。将来的にはさらに神経回路網モデルの物理・工学的手法を融合させて、脳における言語情報処理の基本原理を明らかにしていきたいと考えている。
本研究室の最近の研究では、fMRIやMEGなどの手法を用いて、
文 法 処 理 の 時 に 普 遍 的 に 働 く 中 枢 （ 文 法 中 枢 , Grammar
Center）が左脳の前頭葉にあることを突き止めた（上図のSyntax）。この「文法中枢」は、言語中枢の一つであるブロー
カ野の一部であり、文法中枢が「再帰的計算」（ある計算の結果に対して同じ計算を繰り返すこと）の座であることを証明すべく、実験的な検証を進めている。また、読解に必要とされる中枢が文法中枢のすぐ下側にあることが、日本語だけ
でなく日本手話や英語でも確かめられている。一方、別の言語中枢であるウェルニッケ野は、側頭葉にある音韻の中枢と、頭頂葉にある語彙の中枢に分けられる。言語に関するこれら
4つの基本要素を処理する部位を大脳皮質の上に示したのが「言語地図」である。

核磁気共鳴現象に基づく MRI（磁気共鳴映像法）や、SQUID（超伝導干渉計）を用いた MEG（脳磁図）などの先端的物理計
測技術を用いて、脳機能の計測と解析を進めている。顕微鏡の発明が細胞生物学を生みだし、遺伝子工学の技術が分子生研究室 HP

https://www.sakai-lab.jp/

連絡先 (電話番号は 03-5454-を最初に付ける)物学の発展をもたらしたように、無侵襲的に脳機能を計測す

教授 酒井邦嘉 16 号館 711 号室 TEL -6261

る 技 術 こ そ が 、 言 語 脳 科 学 の 発 展 の 鍵 で あ る 。 fMRI

kuni@sakai-lab.jp（functional MRI）は、現在もっとも有力な脳機能イメージングの技術の１つであり、繰り返し計測を行って再現性を確認できる。

言語脳科学ー文理融合の試金石て一利なしであり、既存の学問分野を単に寄せ集めただけで20世紀の物理学が理論物理学と実験物理学の両方の進は新しい発見は期待できない。人間だけに備わった言語能力

歩に支えられて発展したように、21世紀の言語脳科学は理のメカニズムを解明することで、人間の心の深奥にある精緻論言語学と実験脳科学を両輪として，文系と理系の融合領な構造や創造性の謎に迫ることができ、そこに新たな自然法

域である「人間科学」をさらに開拓していくものと期待さ則が次々と見出されていくことだろう。こうした努力の積みれる。人間科学にとって、文系と理系の垣根は百害あっ

重ねが、真の文理融合の突破口になるに違いない。

修士論文・博士論文の題目
第二言語習得における背側および腹側言語関連経路の機能解剖学
新たに言語を習得する際における多言語話者に特異的な神経基盤の解明
海外における第二言語習得によって生じる局所的な脳活動の減少
文処理における統辞関連ネットワークの再現性と可変性

主な著書
1)

言語の脳科学－脳はどのようにことばを生みだすか (中公新書, 2002)

2)

科学者という仕事－創造性はどのように生まれるか（中公新書，2006）3)

科学という考え方－アインシュタインの宇宙（中公新書，2016）4)

チョムスキーと言語脳科学（インターナショナル新書, 2019)

主な原著論文1)

Sakai, K. L.: Language acquisition and brain development. Science 310, 815-819 (2005).

2)

Kinno, R., Ohta, S., Muragaki, Y., Maruyama, T. & Sakai, K. L.: Differential reorganization of three syntax-related
networks induced by a left frontal glioma. Brain 137, 1193-1212 (2014).

3)

Yamamoto, K. & Sakai, K. L.: Differential signatures of second language syntactic performance and age on the
structural properties of the left dorsal pathway. Front. Psychol. 8, 829, 1-13 (2017).

4)

Tanaka, K., Nakamura, I., Ohta, S., Fukui, N., Zushi, M., Narita, H. & Sakai, K. L.: Merge-generability as the key
concept of human language: Evidence from neuroscience. Front. Psychol. 10, 2673, 1-16, (2019).

学生へ一言
科学者になるためには、他の人がやらないようなことをやるのが好きで、苦労にめげずに努力できるねばり強さが必要です。研究はうまくいかない時のほうが多いのですから。ニュートンの晩年の言葉と似ていますが、科学研究は砂浜で小石や美しい貝を探すようなものでしょう。砂浜を見渡しているだけでは、なかなか貝は見つかりません。思案ばかりしていないで、まずは手を動かしてみなければ。たとえ砂を掘る方法が優れていても、掘る場所が当たらな
かったら失敗です。砂を掘りたくて掘っているわけではないのに、まわりの人にはなかなか理解してもらえません。
しかし、誰も見たことがないくらい美しい貝は、必ずどこかに埋もれているはずです。私が今探し求めている貝は、脳に刻まれた言語の規則性です。

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1)

T. Fujimori, A. Nakajima, N. Shimada and S. Sawai (2019) Tissue self-organization based on collective cell migrationby contact activation of locomotion and chemotaxis, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 116, 4291-4296.

2)

K. Kamino, Y. Kondo, A. Nakajima et al S. Sawai (2017) Fold-change detection and scale invariance of cell± cellsignaling in social amoeba, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 114, E4149-E4157.

3)

A. Nakajima, S. Ishihara, D. Imoto and S. Sawai (2014) Rectified directional sensing in long-range cell migration.
Nature Commun. 5, 5367.

4)

D. TaniguchiÁ , S. IshiharaÁ , T. Oonuki, M. Honda-Kitahara, K. Kaneko and S. Sawai (2013) Phase geometries of
two-dimensional excitable waves govern self-organized morphodynamics of amoeboid cells.

Proc. Natl. Acad.

Sci. USA. 110, 5016-5021. (Á Equal contribution)
5)

T. Gregor, K. Fujimoto, N. Masaki and S. Sawai (2010) The onset of collective behavior in social amoebae, Science
328, 1021-1025.

6)

S. Sawai, P. T. Thomason and E. C. Cox (2005) An autoregulatory circuit for long-range self-organization in
Dictyostelium cell populations, Nature 433, 323-326.

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1)

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2)

Aging, mortality, and the fast growth trade-off of Schizosaccharomyses pombe. PLoS Biology, 15, e2001109 (2017).

3)

Inferring fitness landscapes and selection on phenotypic states from single-cell genealogical data. PLoS Genetics,
13, e1006653 (2017).

4)

Noise-driven growth rate gain in clonal cellular populations. PNAS, 113, 3251-3256 (2016).

5)

Bacterial autoimmunity due to a restriction-modification system. Current Biology, 26, 1-6 (2016).

6)

Single-cell dynamics of the chromosome replication and cell division cycles in mycobacteria. Nat. Commun. 4, 2470

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1)

Y. Sakai, et al., ACS Cent. Sci., 4:477-483 (2018) "Increasing Elasticity through Changes in the Secondary Structure ofGelatin by Gelation in a Microsized Lipid Space"

2)

C. Watanabe & M. Yanagisawa, Phys. Chem. Chem. Phys., 20:8842-8847 (2018) "Cell-size confinement effect onprotein diffusion in crowded poly(ethylene)glycol solution"

3)

C. Kurokawa, et al., PNAS, 114:7228-7233 (2017), "DNA cytoskeleton for stabilizing artificial cells"

4)

M. Yanagisawa, et al., PNAS, 111:15894-15899 (2014), "Multiple patterns of polymer gels in microspheres due to theinterplay among phase separation, wetting, and gelation"

5)

M. Yanagisawa, et al., J. Am. Chem. Soc., 133:11774-11779 (2011), "Oriented Reconstitution of a Membrane Protein ina Giant Unilamellar Vesicle: Experimental Verification with the Potassium Channel KcsA"

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Physical Chemistry

横川研究室

電子状態理論・溶媒和理論のように計算を進めていけば良いかも知ることができる。このように、化学計算を行う敷居は年々低くなっており、実験の研究室でも計算を利用しているところはたくさんある。
それでは、新しい手法やアプローチは必要ないのであろうか？我々の研究室ではそうではないと考えている。例えば、
これまで誰も登ったことがない山への登頂を目指したとする。
もしかすると、これまで使っていた道具が全く使えないかもしれない。もしくは、これまで参考になってきた地図も役に立たない可能性もある。そういったときに自ら装備(新規手法)、地図(アプローチ)を開発、提案できなければ、どんなに横川大輔 准教授

素晴らしい山であっても登ることすらできないのではないだ横川大輔 准教授 Daisuke Yokogawa, Assoc. Prof.

ろうか。我々は、自らの力で挑戦できる術と技術を身につけ

本研究室では、溶液内で起きている化学現象の解明を目指

具体的な例(溶媒和自由エネルギー)

ることを目指している。

し、“そこそこ”精確に計算できる理論的手法の開発、ならび

溶媒和自由エネルギーは、分子が溶媒に溶けるか溶けないにそれを用いた応用研究を進めている。理論構築においては、かを決定する重要な物理量である。この物理量を理論的に予常に物理化学的に正しいかどうかを意識しながら、量子化学・

言することができれば、新規に分子を設計する際の重要な知

統計力学・解析力学などを駆使して式を導出するアプローチ

見になることは間違いない。

をとっている。応用研究では、実験だけでは明らかにするこ

我々の研究室では、統計力学的手法を用いた新規手法でことが困難な、電子移動、寿命の短い中間体、遷移状態の構造の問題に取り組んでいる。そこでは、「物理化学的に正しい理などを求めながら、現象の解明を目指した研究を行なってい論は正しい結果を与えるはずだ」という信念のもと、クラスる。

ター展開に基づいて従来の式の再構築を行なっている。以下に示したのは、粒子１、２をある距離に見つける確率に対応

そこそこな精度？
そもそも“そこそこ”精確とは、どの程度の精確さを意味するもので、これを直接相関関数 c を用いて展開したものである。従来法では、静電相互作用の寄与が大きな series

するのだろうか。これは感覚的な表現であり科学的には不適切ではあるが、我々は「実験事実が再現」できる程度の精確さと考えている。“そこそこ”の精度を目指すのは一見すると、簡単そうに思うかもしれない。しかし実際は非常に困難な目標である。そもそも、“そこそこ”精確に計算を行うた
めには、正確な値をある程度知っておく必要があり、出鱈目なアプローチで到達することはできない極めて難しい課題であると考える。
この課題克服のため我々が重要視しているのは、求めたい

diagram をしっかり取り込んでいる一方で、交換反発の記述

物理化学量に必要十分な情報量はどの程度かを見極めることで重要になる bridge diagram の取り込みが弱い問題があっである。これを見極めることができれば、それ以外の情報にた。我々は、新しい bridge 関数を提案することで、物理化学

ついては近似を行うことで、良い意味で手を抜くことができ

的により正しい理論を構築することに成功した。この手法をる。これにより、計算誤差は含まれるが、“そこそこ”精確用いることにより、従来法よりも精確に溶媒和自由エネルギな理論を構築できると考えている。

ーを算出することに成功した。

なぜ新規手法、アプローチを提案？

最近興味を持っている応用研究

様々な理論家の活躍により、量子化学計算・統計力学的手

近年、分子を用いた生体イメージングが盛んに行われてい法を行うことができるプログラムが開発されている。それらる。光を吸収・発光する蛍光分子を適切に設計すると、生体を用いれば、新規手法を自ら開発しなくても計算を行うこと

内部の化学環境や状態を外から知ることができる。では、どができる。また、それらに付属するマニュアルを読めば、どのように設計すれば良いのであろうか。残念ながら、現在取を十分に理解できれば、蛍光分子を自由自在に設計することも可能になる。
我々は、蛍光分子の蛍光・発光メカニズムを原子・電子レベルで明らかにするために、分子が励起された状態について
量子化学・統計力学を駆使した解析を進めている。例えば、
図 1 に示した分子(4’-N,N-diethylamino-3-hydroxyflavone)
では、励起状態で分子内の水素原子が移動することが知られている(ESIPT)。我々はこの構造変化以外に、励起状態で大きく分子が折れ曲がった構造を確認した。この構造変化により、励起された分子は蛍光を放出しないで基底状態に遷移することが示唆された。このようなエネルギー失活メカニズムを明らかにすることで、生体内でも明るく光る蛍光分子の設計や、
図 1. 4’-N,N-diethylamino-3-hydroxyflavone の N*体から

T*体、円錐交差点(CI)への構造変化に伴う、基底状態(S0)、ならびに励起状態(S1)のエネルギー曲面

生体内の環境に応じて応答が変化する蛍光分子などの設計も可能になると信じている。

られているアプローチは、偶然見つかった分子の性質を改変しながら進めているのがほとんどである。それは我々が、用いられている蛍光分子がなぜ光るのか、なぜ光らないのかを十分理解できていないためだと考える。これらのメカニズム

連絡先
准教授 横川大輔 16 号館 729A 号室 5454-6784
c-d.yokogawa@mail.ecc.u-tokyo.ac.jp

主な原著論文1)

D. Yokogawa, H. Sato, and S. Sakaki, “New generation of the reference interaction site model self-consistent field
method: Introduction of spatial electron density distribution to the solvation theory”, J. Chem. Phys., 126, 244504(2007).

2)

K. Suda and D. Yokogawa, “Theoretical study on non-radiative decay of dimethylaminobenzonitrile through triplet statein gas phase, non-polar, and polar solutions”, J. Phys. Chem. B, 121, 2164-2170 (2017).

3)

D. Yokogawa, “Toward accurate solvation free energy calculation with reference interaction site model self-consistent
field: Introduction of a new bridge function”, J. Chem. Theory Comput., 14, 3272-3278 (2018).

4)

D. Yokogawa, “Coupled cluster theory combined with reference interaction site model self-consistent field explicitly
including spatial electron density distribution”, J. Chem. Theory Comput., 14, 2661-2666 (2018).

5)

D. Yokogawa, “New generation of the reference interaction site model self-consistent field method: Introduction of6)

D. Yokogawa “Isotropic site-site dispersion potential constructed using quantum chemical calculations and a geminal

constrained spatial electron density distribution (cSED)”, Bull. Chem. Soc. Jpn., 91, 1540-1545 (2018).
auxiliary basis set”, Bull. Chem. Soc. Jpn., 92, 748-753 (2019).

学生へ一言
私たちの研究室では、化学現象を原子・電子レベルで明らかにするために、理論を用いた研究を進めています。理論と聞くと「自分には無理」と思う人はたくさんいると思います。しかし誰でも最初は素人です。化学の授業を聞いていて、現象そのものよりも“なぜ”に興味があった人、そしてその“なぜ”を自分独自のアプローチで解明したいと思う人大歓迎です。

Physical Chemistry

真船研究室

物理化学・ナノサイエンス・反応化学を開発する方法で、新しい物質の開発を進めている。
我々が現在目指しているのは、NO や CO など燃焼によって排出される分子を効率的に酸化・還元し、N2 や CO2 のような
より安全な分子に変換させるための触媒である。企業とも共同研究しながら、全く新しい物質の開発を進めている。
具体的には、パルスレーザーによる気相合成の技術を用いて、複数の元素からなるナノ物質を同時に多種類用意する。
これらの性質を調べ、ある元素と別の元素を混合した際に発現する性質を系統的に調べる。このような知見を積み重ねる
ことで、物質を構成する際の構成原理を求める。構成原理が明らかになれば、その原理に従いながら、新しい物質を開発することが可能となる。

真船文隆教授真船文隆 教授 Fumitaka Mafuné, Prof.
（協力）宮島 謙 講師 Ken Miyajima, Lecturer
真船研究室では、原子が数個～1000 個程度集合したクラスタ
ー・ナノ物質の構造、反応性や物性を実験により調べています。そのためにレーザー蒸発法、イオン化法、質量分析法、単一液滴法など分子科学に立脚した方法を用い、原子・分子レベルでこれらの挙動を明らかにすることを目指しています。

元素代替を目指すー貴金属に頼らない高活性な触媒はあるのか？

赤外ＯＰＯレーザー

化学を超えたナノ物質のレーザー合成・操作
塊としては安定で反応性に乏しい貴金属でも、ナノメート

白金やロジウムなど、いわゆる高価な稀少元素を用いない

ルスケールに微小化することにより、それまでにない新しいで、別の元素でその働きを実現させることはできないか ―性質が発現する。さらに、これらの新しい性質は、サイズに―――まさに 21 世紀錬金術プロジェクトが「熱く」進行中でよって顕著に変化する。したがって、ある決まったサイズをある。

もつナノスケール物質を生成し、その性質を明らかにする、

では、どうやって？その答えは誰も分かっていない。ただ、さらにそのサイズを変化させて性質のサイズ依存性を調べる

単一の別の元素では無理だろうから、複数の元素を組み合わことは化学として重要である。またその次の段階として、こせるしかない。では、どの元素とどの元素をどれくらいの割

れら単体のナノスケール物質の構造を自由に操作し、さらに合で組み合わせればいいのか？

単に 2 種類の元素からなる小さくするあるいは任意の形に組み上げることができれば、物質でも 5000 種類ほどあり、また 3 種類の元素からなる物質

さらに多様性をもった物質を作ることができる。我々はパルでは、16 万種類もある。1 日 1 種類調べても 430 年かかるほスレーザーを用いて、ナノ粒子の温度、荷電状態を操作する

ど多種であるので、一つ一つ調べていくわけにはいかない。
そこで我々は、どのように元素を組み合わせていくべきなのか、その指標となるガイドラインを作り、それに従って物質

http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/Mafunelab/
連絡先
教授 真船文隆 16 号館 425Ａ号室 5454-6597
mafune@cluster.c.u-tokyo.ac.jp

ことで、ナノスケール物質の構造や形状を制御し、これらのあらかじめアルゴン原子をマーカーとして付けたクラスタ

物理的、化学的特性がどのように変化するかを調べている。

ーに光を照射する。クラスターの振動と光の周波数が一致す
ると、クラスターは光を吸収する。光を吸収すると、そのエネルギーは熱に変換されるので、マーカーのアルゴン原子がクラスターから脱離する。したがって、この脱離の有無をモニターすれば、そもそもクラスターが光を吸収したかがわかり、クラスターの振動スペクトルを観測することができる。
振動スペクトルは、いわゆる指紋と同じで、クラスターがど

0.34 nmのような構造をしているのかを決めることができる。

5 nm

マンガン酸化物ナノワイヤーの電子顕微鏡写真

クラスターのかたちと動きを原子レベルで明らかにする原子や分子が数個～数百個程度集合した物質をクラスターという。そのかたちや動きを知ることは、クラスターとは何かを明らかにする上で極めて基礎的で本質的なことである。
オランダ・ネイメーヘンのラドバウド大学に、赤外自由電子
レーザーが(通称 FELIX)がある。この FELIX は、100 cm−1 以
上の赤外領域の高強度の光を連続して出力できる施設であり、FELIX の実験室の様子

世界からこの光を求めて研究者が集まってくる。

主な著書
1)

量子化学、真船文隆著、化学同人

2)

物理化学、真船文隆・渡辺正共著、化学同人

3)

反応速度論、真船文隆・廣川淳共著、裳華房

4)Progress in Experimental and Theoretical Studies of Clusters, eds. by T. Kondow and F. Mafuné, World Scientific, Singapore.

最近の原著論文
1) Electron Donation from Cu Atoms to Al Oxide Clusters Upon Mixing Revealed by Thermal Desorption Spectrometry,
Mafune, Fumitaka; Zhang, Yufei; Liu, Xinan; Wang, Haohao; Kudoh, Satoshi, J. Phys. Chem. C 2020, 124, 1,
659-667.
2) Hydrophilicity and Oxophilicity of Isolated CaMn4O5 Cationic Cluster Modeling Inorganic Core of Oxygen-Evolving
Complex, Zhang Yufei, Daigo Masuzaki, Fumitaka Mafuné, Chem. Comm. 55, 14327-14330, 2019.
3) Effect of Atomicity on Oxidation of Cationic Copper Clusters Studied Using Thermal Desorption Spectrometry,
Haohao Wan, Ken Miyajima, Satoshi KUdoh, Fumitaka Mafuné, Phys. Chem. Chem. Phys. 2019, 21, 23129-23135.
4) Liquid Phase Pulsed Laser Ablation on Pyrite, Yuka Motohashi, Yumi Yakiyama, Fumitaka Mafuné, Hajime Okajima,
Akira Sakamoto, Toshihiko Shimizu, Yuki Minami, Nobuhiko Sarukura, Hidehiro Sakurai, Chem. Lett. 2019, 48,
712-714.

研究室のメンバー（2020 年 4 月現在）教授 1 名、講師 1 名（協力）、博士研究員 1 名、大学院生 5 名

学生の皆様へ一言
化学系の研究室ですが、物理の側から化学を観測しています。皆さんがそれぞれ自分の研究テーマについて、楽しみながら研究できるとよいと思います。頑張ってください。

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1)

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Isotope-selective ionization utilizing field-free alignment of isotopologues with a train of femtosecond laser pulses,
Phys. Rev. A, 91, 063416 (2015).

2)

Quantum unidirectional rotation directly imaged with molecules, Science Advances, 1, e1400185 (2015).

3)

Spectroscopic study on deuterated benzenes. II. High-resolution laser spectroscopy and rotational structure in the S1state, J. Chem. Phys., 143, 244303 (2015).

4)

Unveiling the nonadiabatic rotational excitation process in a symmetric-top molecule induced by two intense laser
pulse, J. Chem. Phys., 134, 224302 (2011).

5)

Controlling the sense of molecular rotation: Classical versus quantum analysis, Phys. Rev. A, 83, 023423 (2011).

6)

Coherent rotational excitation by intense nonresonant laser fields, Int. Rev. Phys. Chem.

29, 619-663 (2010).

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2010 ¾ 9 ç.*$à¶ŞĖĝ·* tħ.Up>Ėĝ·Dğ&u@:@÷0@áDõŅ6 Ėĝ1

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Chemistry

奥野研究室

分子分光学・構造化学

奥野将成 准教授 Masanari Okuno, Assoc. Prof.
図２

キラル和周波発生の装置

溶液や生体といった凝縮相中や、溶液やポリマーなどのソフ

非線形光学現象を利用した新奇な非線形分光法を開発・応用

トな表面・界面における分子構造・分子のダイナミクスには、することで、従来の分光法では得られなかった分子構造・ダ未解明な点が多く残されています。当研究室では、これら凝

イナミクスに関する情報を得ることを目指します。

縮相や界面を研究対象とし、分子分光法を核とした研究を行（１）キラリティーは物質の持つもっとも根源的な物性でっています。
「分子の指紋」と呼ばれるように、分子構造を鋭あるにもかかわらず、測定手法が限定されており、研究が進敏に反映する振動スペクトルを通して、分子を理解することんでいないのが現状です。偶数次非線形過程に基づく二次高を目指します。既存の分子分光法のみならず、新規な手法を調波発生や和周波発生を利用すると、反転対称性の破れた系

開発することで、従来得られなかった分子科学的知見を得る

のみ信号が得られます。この性質を利用し、キラルな分子系

ことを，研究の軸としています。

の高感度検出が可能です。現在で研究室では電子状態のキラリティーを超高感度に検出可能な、非線形分光装置の開発に

先端的非線形分光法による溶液の構造化学
溶液中や界面における分子の構造・ダイナミクスについての知見は、化学反応を理解するために必要不可欠です。分子振動分光法は、溶液中の分子構造情報を得ることのできる強力な手法です。赤外吸収分光法やラマン分光法は、振動スペ
クトルを通し分子構造を明らかにするため、さまざまな場で広く利用されています。一方、近年レーザー技術の発展に伴い、ピコ秒～フェムト秒（10-12～10-15 秒）の時間幅を持った、高い尖頭出力を有するパルスレーザーの利用が広がっています。これらのレーザー光源を用いることで、非線形光学現象
を容易に起こすことができます。当研究室では、さまざまな取り組んでいます。
（２）水溶液中の水和環境はいまだに未解明な点が多く残されています。二光子を吸収し、一光子を散乱するハイパー
ラマン分光は、高次のラマン分光であり、これまで得られなかった分子の対称性や分子の集団運動の情報が期待できます。
信号が極々微弱なため、研究がほとんど行われてきませんでしたが、レーザー技術の発展により、水溶液からの信号検出が可能となっています。本研究室では、ハイパーラマン分光法の可能性にいち早く着目し、世界に先駆けて質の高いスペクトルを取得可能な装置を立ち上げ、興味深いデータを得ています。また、国内外の計算化学者と協力することによって、実験データから複雑な分子構造・ダイナミクスを抽出することを目指しています。
これらの先端的非線形分光法により、これまでアプローチ
できなかった分子や分子集合体の構造情報を明らかにします。

http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/molsp/
連絡先

図１ 研究室での研究対象

准教授 奥野将成 16 号館 407
cmokuno@mail.ecc.u-tokyo.ac.jp

生体分子の分子分光
ラマン分光やハイパーラマン分光を用いて、生体関連分子の研究を行っています。たとえば、共鳴ラマン効果を用いれば、M レベルの濃度を持った分子を、顕微鏡の空間分解能（～
数 100 nm）で検出可能です。また、ハイパーラマン分光による生体分子の測定はほとんど行われておらず、その基礎的な知見も全くありません。このように未開拓な生体分子への分子分光研究によって、基礎的な分光学的知見から、イメージ
ングのような応用までを視野に入れた研究を行っています。
以上のように、線形・非線形光学過程に基づいた先端的な分光法を自ら開発し、それを複雑な分子系へと応用すること

図３

顕微ラマン分光装置

で、これまで観測できなかった現象や分子構造を「見る」ことが、研究室のテーマです。

主な著書・総説
1)
2)
3)「非線形分子分光法による生体関連分子の分析：生細胞のラベルフリー・イメージングと界面における生体分子の分子構造」，バイオマテリアル，37(4) (2019).
「ヘテロダイン検出キラル振動和周波発生分光法とそのバルクおよび界面試料への応用」, 分光研究, 67, 1-10（2018）.
「多焦点共焦点ラマン分光顕微鏡の開発と生細胞の高速振動スペクトルイメージング」, 応用物理, 80, 0975-0978 (2011).

主な原著論文
1)

2)
3)
4)

5)

“Hydrogen-bonds and Molecular Orientations of Supramolecular Structure between Bartiburic Acid and Melamine
Derivative at the Air/water Interface Revealed by Heterodyne-detected Vibrational Sum Frequency Generation
Spectroscopy”, The Journal of Physical Chemistry Letters, 11, 2242 (2020).
“Molecular Orientations and Conformations of Air/Fluoroalkyl Acrylate Polymer Interface Studied by
Heterodyne-detected Vibrational Sum Frequency Generation Spectroscopy”, Macromolecules, 52, 8705 (2019).
“Bulk-or-interface Assignment of Heterodyne-detected Chiral Vibrational Sum Frequency Generation Signal by its
Polarization Dependence”, Journal of Chemical Physics, 149, 244703 (2018).
“Symmetric Raman Tensor Contributes to Chiral Vibrational Sum Frequency Generation from Binaphthyl
Amphilphile Monolayers on Water –Study of Electronic Resonance Amplitude and Phase Profiles”, Journal of
Physical Chemistry C, 121, 11241 (2017).
“Strong Frequency Dependence of the Vibrational Energy Relaxation in Bulk and Surface Water Reveals
Picosecond Structural Heterogeneity”, Nature Communications, 6, 8384 (2015).

学生へ一言
この研究室は、2019 年に立ち上がった非常に新しい研究室です。現在さまざまな装置を立ち上げ、「研究室をつく
っていく」ところです。分子分光学は基礎物理化学に分類されますが、本研究室では装置開発からその応用まで一貫して行うため、幅広い専門的知識を駆使して研究を進めていきます。レーザーや光学系などの物理・工学的、生体試料などの生物的、そして分子構造についての化学的な横断的な知識・技術および理解を獲得しながら、世界最先端の分子分光学を行っていきます。また、基礎分子科学的テーマにとどまらず、研究室で開発した分光学的手法をさまざ
まな応用の場でも役に立てたいと強く考えています。そのため、さまざまな事柄・分野に興味を持ち、国内外の研究機関や企業との共同研究などにも意欲がある学生を歓迎します。世界で最も先端的な装置を駆使して、これまで未解明であった事象の解明・発見に挑戦してみませんか？
研究室紹介や公開もオンライン会議ツールで行うことも検討中です。研究室に興味をお持ちの方は、いつでもご連
絡をお待ちしています！

研究室のメンバー
准教授

１名、修士課程

1 名、4 年生

2 名（2020 年 4 月現在）。

Astrochemistry

羽馬研究室

物理化学・天文学・地球惑星科学

羽馬哲也 准教授
Tetsuya Hama, Associate Professor
宇宙の塵、地球のエアロゾル、海洋表面、植物の葉、ヒトの皮膚といった、「これまでの物理化学者・表面科学者らが研

図 ２ 氷 星 間 塵 の 表 面 物 理 化 学 過 程 。 T. Hama, and N.
Watanabe, Chem. Rev. 113, 8783-8839 (2013).より。この図はChemical Reviews 誌の Front cover に採用された。

究対象として扱ってこなかった系」でどのようなことがおき

宇宙の物質進化と惑星系形成を理解するために本質的に重要ていて、それが宇宙の物質進化、地球の物質循環にどのようである。しかしこれまでは観測や理論計算による研究が主流な影響を与えているのかを実験的に研究しています。

であり、星間塵の表面物理化学過程を実験的に調べる研究は

最近の研究の具体例は以下の通りです。

ほとんどなかった。
そこで「氷星間塵」が宇宙でどのように形成されるのかを（１） 宇宙における物質進化：氷星間塵の表面化学理解するために、超高真空・極低温実験装置を開発し、「共鳴

星間空間には原子（H, C, N, O など）や分子（おもに H2

多光子イオン化法による原子・分子の状態選択的検出」や「赤など）、イオンのガスに加え「星間塵」と呼ばれるアモルファ外分光法による表面反応のその場追跡」をおこなうことで、ス（非晶質）鉱物や炭素質物質でできた微粒子が存在する。

極低温の氷星間塵ならではの表面物理化学過程（吸着、拡散、これらが高密度に存在する領域のことを「星間分子雲」と呼化学反応、核スピン転換など）を明らかにしてきた（図 2）。

び、恒星や惑星系の誕生の場となる（図 1）。

とくに、最も存在量の多い元素である水素と、氷星間塵の星間分子雲の温度はおよそ 10 K と非常に低い。しかし観測主成分である水に着目し、「アモルファス表面と水素の量子的研究から、星間塵の表面は水(H2O)、アンモニア(NH3)、メタな性質（量子トンネル効果・核スピン効果）が、極低温な星

ノール(CH3OH)などで構成されたアモルファス氷で覆われて間分子雲での氷星間塵の生成（物質進化）に決定的な役割をいること明らかになっている。この「氷星間塵」こそが太陽果たす」ことを示した。

系を含む惑星系の材料物質であり「極低温の星間分子雲で氷
星間塵はどのようにして形成されるのか？」を知ることは、

http://www.hamalab.c.u-tokyo.ac.jp/
連絡先
准教授 羽馬哲也
アドバンスト・リサーチ・ラボラトリー ４０６号室
Tel: 5465-8917
hamatetsuya@g.ecc.u-tokyo.ac.jp
図１

天体の進化と物質の進化。

IR from
FT-IR

MCT

MirrorMirrorLens(BaF2)
Sample（２） 地球の物質循環の理解に向けた実験手法の開発
今後の地球の気候変動を予測するためには植物や海洋表面、
エアロゾルといった複雑な物質の表面化学を理解することが必須となる。たとえば植物の葉の表面物理化学過程を理解するためには、大気圧下で試料を「生きたまま」分析することが必要不可欠である。しかし従来の方法（ガスクロマトグラ
フィー質量分析や電子顕微鏡など）は破壊分析であるため、生体試料の表面反応をその場追跡することができなかった。
そこで偏光変調赤外反射吸収分光法を用いた実験装置の開発を行い（図 3）、植物の葉のクチクラ（葉の表面を覆う有機

PEM：光弾性変調器
MCT：検出器
Polarizer：偏光子

PEM +polarizer

Parabolic mirror

図３ 偏光変調赤外反射吸収分光法によるセイロンベンケイの葉の測定の様子。

葉の表面でおきる化学反応のその場分析が可能であることがわかった。

薄膜）の赤外スペクトルを生きたまま測定することに成功し、主な著書および総説
1)「星間空間における化学進化」 系外惑星の事典, 2016, 126-127，朝倉書店. 分担執筆

2)

T. Hama, and N. Watanabe, "Surface Processes on Interstellar Amorphous Solid Water: Adsorption, Diffusion,
Tunneling Reactions, and Nuclear-Spin Conversion" Chemical Reviews 113, 8783-8839 (2013).

主な原著論文1)

Probing the Molecular Structure and Orientation of the Leaf Surface of Brassica oleracea L. by Polarization
Modulation-Infrared Reflection-Absorption Spectroscopy, Plant and Cell Physiology 60, 1567-1580 (2019).

2)

The Ortho-to-para Ratio of Water Molecules Desorbed from Ice Made from Para-water Monomers at 11 K, The
Astrophysical Journal Letters 857, L13(6pp) (2018).

3)

In Situ Nondestructive Analysis of Kalanchoe pinnata Leaf Surface Structure by Polarization Modulation Infrared
Reflection Absorption Spectroscopy, The Journal of Physical Chemistry B 121, 11124-11131 (2017).

4)

Fast Crystalline Ice Formation at Extremely Low Temperature through Water/Neon Matrix Sublimation, Pysical
Chemistry Chemical Physics 19, 17677-17684 (2017).

5)

Statistical Ortho-to-para Ratio of Water Desorbed from Ice at 10 Kelvin, Science 351, 65-67 (2016).

6)

Quantum Tunneling Observed without Its Characteristic Large Kinetic Isotope Effects, Proceedings of the National
Academy of Sciences of the United States of America 112, 7438-7443 (2015).

7)

Quantum Tunneling Hydrogenation of Solid Benzene and Its Control via Surface Structure, The Journal of Physical
Chemistry Letters 5, 3843-3848 (2014).

学生へ一言
研究はスポーツや絵画、工作と似ていて、自分でやってみないとその面白さはわかりません。ある疑問にたいして自分なりの回答を考える、そのために実験や計算をおこない、えられた結果の意味を正しく解釈するために勉強する。
この面白さは残念ながら文章では伝えることができません。学生のみなさんはこの冊子を読むだけで満足せずに、もし興味がわいた研究室があれば、ぜひ足を運んでみてください。きっと新しい発見があるはずです。

研究室のメンバー
准教授 1 名、特任助教 1 名、卒研生 1 名（2019 年度）

Chemistry

平岡研究室

自己集合：新たな分子デザインと秩序形成の機構
える130 °Cで分解し、vdW力は人間が考えていた程弱い結合ではなく、デザイン次第で、十分安定な構造体を作れることがわかりました。ナノキューブのように、分子が噛み合って作られる分子カプセルは珍しく、カプセルに分子を取り込むと相手分子の大きさや形、電荷を認識し、自分自身の大きさを体積として2倍以上も変化させる特性や、それに応答して発光強度を変化させる分子センサーとして機能することも明らかになりました(図B)。

秩序形成の機構解明
分子自己集合という現象が沢山知られているにも関わらず、各ビルディングブロックがお互いをどのように認識し、最終的な秩序構造へ至るのか？という形成機構に関する理解
平岡秀一教授平岡秀一 教授 Shuichi Hiraoka, Prof.
分子自己集合は構成要素となる分子が自発的に秩序立った構造を形成する現象で、自然界では DNA の二重らせんの形
成やタンパク質の折りたたみや集合化、細胞膜を形成する脂質二重膜などがあり、生命機能を支える現象です。また、人工的にも分子自己集合を利用して、共有結合だけでは作ることが困難な物質が開発されています。このように分子自己集合は、生命系から人工系まで物質科学を支える現象として広く利用されていますが、わからないことや未だ実現できないことも沢山あります。平岡研究室では，分子自己集合に残された主に 3 つの未解決問題の解明に取り組んでいます。

分子ほぞ： van der Waals 力を使いこなすは殆ど進んでいませんでした(図 C)。機構解明を阻む大きな問題は自己集合の過程で一過的に生成する中間体を観測できないことに由来します。我々は、自己集合の原系と生成系の全成分を定量することで、間接的に中間体の情報を得るという新しい手法（QASAP: Quantitative Analysis of Self-Assembly
Process）を開発し、これまでに、20 種類以上の自己集合性錯体の形成機構を解明してきました。これにより、ビルディ
ングブロックや最終生成物の構造、また自己集合の条件と秩序形成の機構に関する関係性を明らかにしつつあります。また、機構解明に基づき、自己集合過程で生成する準安定種を主生成物として安定に生成させるなど、これまで合成できなかった新しい自己集合体を形成できることも明らかにしてきました。

散逸系自己集合系の構築

van der Waals (vdW) 力はあらゆる原子や分子に普遍的に働

本質的に分子自己集合体は化学平衡状態にあります。一

く引力的相互作用で、化学結合の中で最も弱いと言われてい方、我々生命は常にエネルギーを消費し、平衡状態から逃れます。また、結合の弱さに加え、結合の方向性が乏しいこと

ようと活動しています。生命系では例えば、アクチンの重から、vdW力を共有結合のように使いこなすことはとても難合・脱重合は化学エネルギーと共役し、片末端から重合し、しいことです。vdW力は距離の6乗に反比例するため、原子反対では脱重合が起こっています。このような、より生命らや分子が接近した時だけ、有効な引力となります。これは、

しい散逸系の自己集合系を人工的に構築し、これらを組み合分子を密に噛み合わせると無視できない程大きな引力となわせることで、化学システムとしての機構を持たせようとしり、分子自己集合に利用できる可能性を示しています。このています。手始めに、平衡系から離れた状態（out-of-

考え方は、マクロな世界では、「ほぞ」と呼ばれる木材に切

equilibrate state）を作り、平衡系と行き来する系を構築しま

り込みを入れて組み合わせることで糊や釘を使うことなく、した(図 D)。構造の似た二種類の構成要素(A, B)から自己集

家具などを作る伝統工芸法と似ています。分子の世界でも合体(A6、B6)を形成し、これらを混合すると、構成要素が統計分布した A nB6–n (n = 0 から 6)が平衡状態ですが、熱エネ「ほぞ」をデザインすれば、自発的に分子が噛み合って秩序の形をした分子をデザイン・合成し、これを水に溶かすと、ルギーを使って秩序状態(A6、B6)と相互変換を繰り返し、さらに変換のタイミングをコントロールすることにも成功しま

自発的に2 nmの立方体（ナノキューブ）が組み上がることをした。

構造を作るという考えが、「分子ほぞ」です。実際に、歯車発見しました(図A)。驚くことにナノキューブは弱い相互作
用のみで集まっているにも関わらず、水の沸点をはるかに超

http://hiraoka.c.u-tokyo.ac.jp/
連絡先
教授 平岡秀一 15 号館 203Ａ号室 5465-7659
hiraoka-s@g.ecc.u-tokyo.ac.jp

主な著書
1)

溶液における分子認識と自己集合の原理：分子間相互作用 (サイエンス社, 2017)

最近の主な原著論文
1)

2)

3)
4)
5)

6)
7)
8)

Navigated Self-assembly of a Pd2L4 Cage by Modulation of an Energy Landscape under Kinetic Control T. Tateishi,
S. Takahashi, A. Okazawa, V. Martí-Centelles, J. Wang, T. Kojima, P. L. Lusby*, H. Sato, and S. Hiraoka*, J. Am.
Chem. Soc. 141, 19669 – 19676 (2019).
Bifurcation of Self-assembly Pathways to Sheet or Cage Controlled by Kinetic Template Effect. L. H. FoianesiTakeshige, S. Takahashi, T. Tateishi, R. Sekine, A.i Okazawa, W. Zhu, T. Kojima, K. Harano, E. Nakamura, H. Sato,and S. Hiraoka*, Commun. Chem. 2, 128 (2019).
Supramolecular Fluorescence Sensor for Liquefied Petroleum Gas. Y.-Y. Zhan, J. Liao, M. Kajita, T. Kojima, S.
Takahashi, T. Takaya, K. Iwata, and S. Hiraoka*, Commun. Chem. 2, 107 (2019).
Polarizability and Isotope Effects on Dispersion Interactions in Water. Y.-Y. Zhan, Q.-C. Jiang, K. Ishii, T. Koide, T.
Kojima, S. Takahashi, M. Tachikawa, S. Uchiyama, and S. Hiraoka*, Commun. Chem. 2, 141, (2019).
Temperature-Controlled Repeatable Scrambling and Induced-fit Self-Sorting of Building Blocks Between Cubic
Assemblies. Y.-Y. Zhan, T. Kojima, K. Ishii, S. Takahashi, Y. Haketa, H. Maeda, S. Uchiyama, and S. Hiraoka*,
Nature Commun. 10, 1440 (2019).
Self-assembly Process of a Quadruply Interlocked Palladium Cage. T. Tateishi, Y. Yasutake, T. Kojima, S.
Takahashi, and S. Hiraoka*, Commun. Chem. 2. 25 (2019).
Self-assembly Processes of Octahedron-shaped Pd6L4 Cages. S. Komine, S. Takahashi, T. Kojima, H. Sato, and
S. Hiraoka*, J. Am. Chem. Soc. 141, 3178 – 3186 (2019).
Induced-fit Expansion and Contraction of a Self-assembled Nanocube Finely Responding to Neutral and Anionic
Guests. Y.-Y. Zhan, T. Kojima, T. Nakamura, T. Takahashi, S. Takahashi, Y. Haketa, Y. Shoji, H. Maeda, T.
Fukushima, and S. Hiraoka*, Nature Commun. 9, 4530 (2018).

学生へ一言
新しい分子や化学システムのデザインや謎解きを通して、サインエスを楽しみましょう！

研究室のメンバー
講師(1 名)，助教(1 名)，D2(1 名)，D1(1 名)，M2(6 名)，M1(2 名)，秘書(1 名)

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1)

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Hydroxide-Bicarbonates with [Al13O4(OH)24(H2O)12] ”, Chem. Lett., in press (2018).

2)

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3)

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4)

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5)

Saori Seino et al., “Reduction-Induced Highly Selective Uptake of Cs

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by an Ionic Crystal based on

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6)

Kosuke Mizuno, Takuto Mura et al.,䇾Control of Polymorphisms and Functions in All-Inorganic Ionic Crystals Basedon Polyaluminum Hydroxide and Polyoxometalates”, Cryst. Growth Des., 16, 4968 (2016).

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A Study on Syntheses, Aggregation Behaviors, and Photochemical Properties of Amphiphilic Pyrene Derivatives 㻔୧ぶ፹ᛶ䝢䝺䞁ㄏᑟయ䛾ྜᡂ䚸㞟ྜ໬ᣲື䚸䛚䜘䜃ග໬Ꮫⓗᛶ㉁䛻㛵䛩䜛◊✲㻕㻟㻕ேᕤගྜᡂ⣔ࡢᵓ⠏ࢆ┠ⓗ࡜ࡋࡓ࣋ࢩࢡࣝࢆ཯ᛂሙ࡜ࡍࡿ஧㓟໬Ⅳ⣲ࡢග㑏ඖ཯ᛂ㻠㻕࢖ࣜࢪ࣒࢘㘒యࢆቑឤ๣࡜ࡍࡿ࣋ࢩࢡࣝ⭷ᶓ᩿ᆺࡢගㄏ㉳㟁Ꮚ㍺㏦⣔ࡢᵓ⠏㻡㻕࣋ࢩࢡࣝࢆ཯ᛂሙ࡜ࡍࡿࢥࣂࣝࢺศᏊゐ፹࡟ࡼࡿගỈ⣲Ⓨ⏕㻢㻕ྍどග㡿ᇦ䛻྾཰䜢䜒䛴᪂つ䜲䝸䝆䜴䝮㘒య䛾ග໬Ꮫⓗᣲື

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Photochemical Reduction of CO2 with Ascorbate in Aqueous Solution Using Vesicles as Photocatalysts N. Ikuta,
S. Takizawa and S. Murata, Photochem. Photobiol. Sci., 2014, 13, 691-702.
Cationic Iridium Complexes Coordinated with Coumarin Dyes – Sensitizers for Visible-Light-Driven Hydrogen
Generation S. Takizawa, C. Pérez-Bolívar, P. Anzenbacher, Jr., and S. Murata, Eur. J. Inorg. Chem., 2012,
3975-3979.
Photooxidation of 1,5-Dihydroxynaphthalene with Iridium Complexes as Singlet Oxygen sensitizers S. Takizawa,
R. Aboshi, and S. Murata, Photochem. Photobiol. Sci., 2011, 10, 895-903.
Pyrene-sensitized Electron Transport across Vesicle Bilayers: Dependence of Transport Efficiency on Pyrene
Substituents T. Mizushima, A. Yoshida, A. Harada, Y. Yoneda, T. Minatani, and S. Murata, Org. Biomol. Chem.,
2006, 4, 4336-4344.

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寺尾・岩井研究室

分子建築学・機能性触媒化学

分子建築学による分子エレクトロニクス/触媒の実現

寺尾 潤 教授

岩井智弘 講師

Molecular Architectonics（分子建築学）は，有機分子をあたかも柱や壁，屋根にみたて建築物のように組み立てる技術を創出する学問で有り，当研究室学生は
Molecular Architect（分子建築士）として，Molecular
design（分子設計）と Molecular synthesis（分子合成）に参画し，個々の機能性分子をどの位置に，どのように組み合わせるかを緻密に設計し，世界最小の有機建
造物・電子素子・触媒の自在な創成を目指します。

Ⅰ） 従来のシリコン系デバイスにない入出力挙動を示す“有機分子ならではの化学変換”を利用したナノスケール電子素子のビルドアップ型作製法の開発
電子
ポルフィリンチューブ

h+

電荷分離

ゲート電極
（CNT）
I. 分子トランジスタ

e-

フラーレン

キャリア
II. 単電子発光素子

III. 単分子バルクへテロ型太陽電池

分子建築学によるナノスケール有機電子素子の創製

分子建築学を基軸とする超分子素子の作製

分子建築学・分子建築士

現代の豊かな生活を支えるシリコン半導体を基盤とした電子素子は高集積化による性能向上を続けていま
すが，2020 年代には微細化の限界に達すると予想されています(Moore の法則)。この現況を踏まえ，Åスケー
ルの機能性分子を基本素子とする分子エレクトロニク
スに関する研究が注目されていますが，その実現には，シリコンを中心とした無機物を凌駕する物性を示す分子素子を設計・合成し，これらを集積化するプロセス
技術の開発が不可欠です。そこで，寺尾・岩井研究室
では有機化学・超分子化学を軸に応用物理・界面化学・
理論化学分野と融合させ，斬新な分子建築学手法により極微小機能性分子デバイスの作製を目指します。

Ⅱ) 共役高分子鎖の牽引・固定化・拡張・集積化による高電荷輸送能を発現する超分子型高分子材料の開発
牽引する

固める

広げる

束ねる

分子建築学による高分子共役鎖の熱的ゆらぎ抑制

Ⅲ) 超分子相互作用を利用した有機無機ハイブリッド型触媒の開発

分子建築学による有機無機ハイブリッド型触媒の創製

http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/terao/
連絡先
教授 寺尾潤 16 号館 702B 号室

TEL: 03-5454-6748

E-mail: cterao@g.ecc.u-tokyo.ac.jp

主な著書および総説
1)“Cross–Coupling Reaction of Alkyl Halides with Grignard Reagents Catalyzed by Ni, Pd, or Cu Complexes with ap–Carbon Ligand(s)”, Acc. Chem. Res., 41, 1545–1554 (2008).

2)“Pd-catalyzed Cross-coupling Reactions of Alkyl Halides”, Chem. Soc. Rev., 40, 4937-4947 (2011).

3)“ Synthesis and Physical Properties of Three-Dimensionally Insulated Molecular Wires ” , Single-MoleculeElectronics -An Introduction to Synthesis, Measurement and Theory-, Springer, 2016.

主な原著論文
1)“Design Principle for Increasing Charge Mobility of p–Conjugated Polymers Using Regularly Localized MolecularOrbitals”, Nature Commun., 4, 1691 (2013).

2)“Synthesis of One–Dimensional Metal–Containing Insulated Molecular Wire with Versatile Properties Directed
toward Molecular Electronics Materials”, J. Am. Chem. Soc., 136, 1742–1745 (2014).

3)“ Enhancement of Phosphorescence and Unimolecular Behavior in the Solid State by Perfect Insulation of
Platinum–Acetylide Polymers”, J. Am. Chem. Soc., 136, 14714–14717 (2014).

4)“A Typical Metal Ion-Responsive Color-Tunable Emitting Insulated p–Conjugated Polymer Film”, Angew. Chem. Int.
Ed., 55, 13427 (2016). （VIP paper, Front cover）

5)"Insulated Conjugated Bimetallopolymer with Sigmoidal Response by Dual Self-controlling System as a Biomimetic
Material" Nature Commun., 11, 408 (2020).

学生へのメッセージ
幅広い分野の基礎知識と研究を支える専門力の獲得による複眼的な思考能力はもちろんのこと，実験を通じた自然との対話から知的好奇心の刺激を受け，湧き出る豊かな想像力を涵養し，科学の本質を捉えられる超一流の研究者を目指しましょう。その実現のため，自らの原動力をもって広大な科学の世界を駆け巡り，若き溢れる創造力で未踏領域を走破し，日々夢中になれる刺激的な研究を共に始めませんか？ 2016 年 9 月に駒場に発足した新しい研究室です。
最新の有機合成装置・分析装置が整備され，活気あふれる自由闊達な研究環境のもとに集いし精鋭の分子建築士達（講師：1 名，助教：2 名，D2: 3 名，D1: 1 名，M2: 4 名，M1: 3 名, B4: 2 名)と共に，世界最小（ナノメートルスケー
ル）の有機デバイスを一緒に作製しましょう！当研究室はこれまでに，本学以外に京都大学・千葉大学・お茶の水女子大学・信州大学・早稲田大学・東京理科大学・中央大学・創価大学・日本大学などからも学生を多数受け入れています！興味をお持ちの方はいつでも研究室見学に来てください。結構おもろい研究やってまっせ！！
2021 年度メンバー

Chemistry

豊田研究室

細胞サイズの分子集合体のダイナミクス・機能創成

http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/toyota_lab/
連絡先
准教授 豊田太郎 16 号館 604 室 5465-7634
cttoyota@mail.ecc.u-tokyo.ac.jp
助教 本多 智16 号館 603 室 5465-7634
c-honda@mail.ecc.u-tokyo.ac.jp(左) 豊田 太郎, Taro Toyota, Ph.D.
(右) 本多 智, Satoshi Honda, Ph.D.
当研究室は，有機化学をベースに，生命科学や物質科学の課のものの形態変化がジャイアントベシクルを構成する膜や内題の解決に挑戦する研究室です。有機分子をマイクロメート

部の分子のいかなる状態変化によって作動されるのか」といルサイズやそれ以上まで集合化し，その分子の化学反応をトう課題について探究しています。これまで，構成分子の化学

リガーとして有機分子集合体のダイナミクスを誘導すること

反応によってある時刻にだけ発生するジャイアントベシクル，

で，階層化した時間発展システムや，階層化した機能をもつ

外部から構成分子前駆体を取り込み内部で分子変換すること物質をつくりあげることに力を注いでいます。

で増殖するジャイアントベシクルが見出されました。現在，高分子をジャイアントベシクルの内部に閉じ込めた人工細胞

ジャイアントベシクルの形態変化
例えば，細胞は外部環境応答や内部状態の変化から形態を変え，またその形態変化から内部状態を変え，外部と自己の境界を維持しています。このような複雑なダイナミクスの本
質を理解するには，細胞内部や膜の成分全てについて，一つを構築し，人工細胞の内部や構成分子の状態変化と人工細胞そのものの形態変化，また人工細胞集団の動きといったダイ
ナミックな相互作用について，光学顕微鏡，細胞流れ分析装
置（フローサイトメーター），マイクロ流体デバイスを用いて研究しています。

一つの分子のはたらきをつぶさに調査するだけでなく，それら分子を最小限の種類にだけ絞って再構成した有機分子集合

油滴の遊走現象体を構築し，その作動原理を解明する構成的研究が重要です。

水中のマイクロメーターサイズの油滴に，両親媒性分子で当研究室では，膜の主成分であるリン脂質など両親媒性分子ある界面活性剤（例えば洗剤）を加えると，油滴は界面活性（油にも水にも溶解する分子）のみを用いて，細胞と同程度

剤の乳化作用によってたちまち水に溶解します。しかし，化の大きさをもつ袋状人工細胞膜（これをジャイアントベシク

学反応する界面活性剤や油滴分子を用いると，界面活性剤添

ルといいます）を構築し（図１），「ジャイアントベシクルそ

加時に油滴は溶解せずに，化学反応の進行に伴って水中を遊走するという現象が最近見つかりました（図２）。興味深いこ図１ ベシクル構成分子（リン脂質）とジャイアントベシクルの光学顕微鏡像。球状だけでなく，赤血球形状やチューブなども形成できる。

図２ 反応活性な両親媒性分子の水溶液中で遊走する，粒子径50 m の油滴の光学顕微鏡像。

とにその油滴の内部では対流が誘起されており，その内部対

自身の環境応答を変化させる機能が挙げられます．この機能

流の合一や離散が油滴そのものの運動方向と連動しているこは主にタンパク質のはたらきで実現されています．一方で，とが判明しましたが，そのメカニズムはまだ解明されていま高分子は，主鎖や側鎖の分子構造，分子量，形状によって，せん。そこで当研究室では，新規の両親媒性分子や油分子の刺激への応答も機能も制御することができます．そこで，有設計・合成と，それら分子がみせる油滴の遊走現象の計測を

機分子・高分子の分子集合体が，マイクロメートルサイズ（細両輪として，両親媒性分子や油分子の化学反応，油滴内部の胞サイズ）からセンチメートルサイズ（細胞集団サイズ）で対流，油滴の遊走，油滴の群れの動きというダイナミクスのあるときの物性の柔軟性や塑性に着目し，研究を展開してい階層をつなげて理解することを目指しています。また，このます。

現象を利用してマイクロリアクターの開発を同時に進めています。

以上のように，細胞サイズの空間構造でみられる生命の“柔らかさ”や“しなやかさ”を，有機分子・高分子が集合化して初めてあらわれる動的システムとしてとらえ，これを人工高分子のデザインから生体高分子の機能多様性考える
生命らしさの特徴の一つとして，環境からの影響を時間軸的にモデル構築し作動原理を解明することで，生命科学や物質科学の発展に貢献したいと私たちは考えていますに沿って内部へ溜め込み，内部状態の変化や書き換えにより，

主な著書
1)

分子ロボティクス概論 (CBI 学会出版, 2019) 分担執筆

2)

Self-organized Motion: Physicochemical Design based on Nonlinear Dynamics (RSC Publishing, 2018) 分担執筆

3)環状高分子の合成と機能発現 （シーエムシー出版, 2018） 分担執筆

4)

自己組織化マテリアルのフロンティア （フロンティア出版, 2017） 分担執筆

主な原著論文1)

Synthesis of photoresponsive cyclic poly(dimethyl siloxane)s from monodisperse linear precursors, Reactive andFunctional Polymers, 158, 104800 (2021).

2)

Hydrodynamic accumulation of small molecules and ions into cell-sized liposomes against a concentration gradient,Communications Chemistry, 3, 32 (2020).

3)

DNA Length-dependent Division of a Giant Vesicle-based Model Protocell, Scientific Reports, 9, 6916 (2019)4)

Photo-triggered solvent-free metamorphosis of polymeric materials, Nature Communications, 8, 502 (2017).

学生へ一言
当研究室では，研究テーマの多くが国内外の研究者との共同研究で進められています。研究活動は，将来的に社会の“元気”の源となる成果を生み出すものです。よって，研究をやっている人どうし（先生も学生も）が密に連携し励まし合って，その中で各人がオンリーワンを目指すことが重要だ，というのが研究室主宰者（豊田）のモットーです。その工夫の一つとして，豊田を含めたメンバーには固有の机がありません（カフェラウンジスタイル）。まずは自分のバックグ
ラウンドとなる基礎を研究室内でじっくり学び，異なるバックグラウンドの人たちとのディスカッションを通じて自分の研究テーマをより深め，研究活動を安全に継続して楽しんで欲しいと願っています。“責任ある自主性”をベースに，
アットホームで明るい研究室づくりに努め，また，学内外の他の研究室とも日頃から頻繁に交流しています。
化学の中でも有機化学や高分子化学が好きだという方，また，物性化学やソフトマター，生物物理学，生命起源などの研究に興味のある方は是非一度，当研究室をたずねてください。

Physical Chemistry

ウッドワード研究室

スピン化学・光化学・量子生物学

図２

新しい顕微鏡の設計

ウッドワード・ジョナサン教授抱えている生き物は、ウミガメ. ウミガメも、地磁気の方向を感じて移動することが知られています.

解する量子生物学の代名詞である, 動物の磁気受容メカニズムの有力な仮説となっています. 私たちはスピン相関ラジカル対化学の理論および実験のあらゆる側面に興味を持っております. 私

ウッドワード研究室は, 電子スピン状態が化学反応に及ぼす影響に関心を持っています. 特に, スピン相関ラジカル対とよばれる電子スピン選択的な反応性をもつ反応中間体を, 光化学, 分たちの研究室では, 化学的および生物学的な系でスピン相関ラジカル対を研究するための新しい実験ツールの設計に携わっています.

光学, 化学反応速度論, 磁気共鳴など広範囲の物理化学的視点から研究を行っています. スピン相関ラジカル対は, ２つのラジカルで形成されるため, 生体内に数多く存在するラジカルもスピン相関ラジカル対を形成します. さらに, 電子スピン状態は外部磁場と相互作用して変化するため, スピン相関ラジカル対の反応
性は磁場の影響を受けます. それ故, 生命現象を量子力学で理スピン相関ラジカル対
2 つの自由ラジカルが遭遇するとき、それらは活性化せずに反応すると考えるのが一般的です. しかし, 実際には, パウリの原理により, 2 つのラジカルの全スピン状態が一重項である場合, ラ
ジカルは反応することができます（たとえば, 再結合または電子移動（図 1 参照））.

典型的には, このラジカル対の組換え反応は予想よりも４倍遅く起こります. しかしながら, 一重項と三重項スピン状態との間の混合は, 非常に弱い磁場にさえも敏感なコヒーレ
ント量子力学的プロセスである. これは, ラジカル対反応の速度および収率が, 磁場を印加することによって, あるいはより高度な方法で, 例えば高周波パルスを使用して電子スピンを操作することによって制御され得ることを意味します.

図 １ An overview of the radical pair mechanism which
underpinsof our work.
図１ much
ラジカルペアメカニズムの模式図

連絡先

http://opes.c.u-tokyo.ac.jp/spinchem/

教授 J.

R.

Woodward 駒場国際教育研究棟 201B
woodward@global. c. u-tokyo. ac. jp

動物の磁気受容パク質として,動植物の概日リズムに関係しているクリプ

現在, 行動生物学の研究により, 渡り鳥, カメ, 蝶など多く

トクロムが最有力候補分子となっています. さらに, 最近のの動物が地磁気の方向を感じて移動していることが知られて研究では, 人間もまた地球の磁場を感知することができるかいる. しかし, なぜ地磁気程の弱い磁場を感じることが出来もしれないという証拠が示唆されています.

るのか, そのメカニズムは未だ謎のままです. スピン相関ラウッドワード研究室では, 細胞内でミクロから 1 分子レベ

ジカル対の磁気感受性は, 動物の磁気感受の役割を担うもの

ルでスピン相関ラジカル対の磁場感受性を研究するための新として最も可能性が高いと考えられています. スピン相関ラ

しい顕微分光法を開発し, 古くから議論されている動物の磁ジカル対を形成し, 動物の磁気感受センサーとして働くタン

気受容メカニズムの解明に取り組んで主な原著論文1) ‘Cellular autofluorescence is magnetic field sensitive’, N. Ikeya and J. R. Woodward, PNAS, 118 (3), e2018043118;
DOI: 10.1073/pnas.2018043118 (2021)
2) ‘Observation of the Δg mechanism resulting from the ultrafast spin dynamics that follow the photolysis of coenzyme
B12‘, J. A. Hughes, S. J. O. Hardman, N.S.S. Scrutton, D. M. Graham, J. R. Woodward and A.R. Jones, J. Chem. Phys.
151, 201102; DOI: 10.1063/1.5127258 (2019)3) ‘Photochemical Spin Dynamics of the Vitamin B12 Derivative, Methylcobalamin’, V. Lukinović, J. R. Woodward, T.
C. Marrafa, M. Shanmugam, D. J. Heyes, S. J. O. Hardman, N. S. Scrutton, S. Hay, A. J. Fielding, and A. R. Jones. J.
Phys. Chem. B, DOI: 10.1021/acs.jpcb.9b01969 (2019)4) ’Single-molecule spectroscopy of radical pairs, a theoretical treatment and experimental considerations’ N. Ikeya, E.
A. Nasibulov, K. L. Ivanov, K. Maeda, J. R. Woodward, Mol. Phys. DOI: 10. 1080/00268976. 2018.
1559954 (2018).
5) ‘Photoinduced flavin-tryptophan electron transfer across vesicle membranes generates magnetic field sensitive radical
pairs’, L. M. Antill, S. Takizawa, S. Murata & J. R. Woodward Mol. Phys. DOI: 10. 1080/00268976. 2018.
1524525 (2018).
6) ‘Flavin Adenine Dinucleotide Photochemistry Is Magnetic Field Sensitive at Physiological pH’, L.
R. Woodward, J. Phys. Chem. Lett. 9, 2691−2696 (2018).

M.

Antill and J.

7) ’Time-resolved optical absorption microspectroscopy of magnetic field sensitive flavin photochemistry’, L.
Antill, J. P. Beardmore and J. R. Woodward, Rev. Sci. Instrum. , 89(2), 023707 (2018).

M.

8) ‘Electron-Proton Decoupling in Excited State Hydrogen Atom Transfer in the Gas Phase’, M. Miyazaki, R. Ohara, S.
Ishiuchi, K. Daigoku, K. Hashimoto, J. R. Woodward, C. Dedonder, C. Jouvet *M. Fujii, Angew. Chem.
Int. Ed. , 54, 15089 –15093 (2015).
9) ’Optical Absorption and Magnetic Field Effect Based Imaging of Transient Radicals’, J.
Antill J. R. Woodward, Angew. Chem. Int. Ed. 54, 8494 –8497 (2015).

P.

Beardmore, L.

学生へ一言
ウッドワード研究室は, 国内外の学生を歓迎しています. 研究室では, 主に英語で会話を行いますが、私たちの研究室に参加するために英会話が得意である必要はありません. 初めは,日本語と英語を混ぜて会話をすることもします.
研究室のメンバーと議論や日常会話をしていう
ちに, 卒業する頃には英語での会話に自信を持てると思います.

研究室のメンバー
Tito Akindele (共同研究者), 池谷皐（D3）, 祖母井杏耶（M2）, Xu Tao (M2), Onkar Gulati（B4）＠２０21 年 4 月

M.