部屋番号
構成研究室一覧
Aグループ（科学史・科学哲学）
石原 孝二
研究室 （科学・技術の哲学、現象学、精神医学の哲学）
14号館
岡本 拓司
研究室 （科学史・技術史・高等教育史）
14号館
鈴木 貴之
研究室 （心の哲学、実験哲学、メタ哲学）
14号館
橋本 毅彦
研究室 （近現代における科学と技術の歴史）
14号館
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 14号館
ョン）
藤川 直也
研究室 （言語哲学、意味論、語用論、形而上学）
14号館
三村 太郎
研究室 （イスラーム科学史）
14号館
鈴木 晃仁
研究室 （医学史）※兼担
農学部
総合研究棟B
Bグループ（素粒子・原子核理論）
大川 祐司
研究室 （素粒子論・超弦理論・場の量子論）
16号館
加藤 光裕
研究室 （素粒子論・超弦理論・場の量子論）
16号館
菊川 芳夫
研究室 （素粒子論・場の量子論）
16号館
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）
国場 敦夫
研究室 （可積分系，数理物理）白石 直人
研究室 （統計力学）
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）
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 （量子物性・フォトニクス）●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 （量子技術・量子サイバネティクス）●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 （ソフトマター物理学・生物物理学）
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
奥野 将成
研究室 （分子分光学・構造化学）
長谷川 宗良 研究室 (高強度レーザー科学・分子分光学)
真船 文隆
研究室 (化学反応学・物理化学)
横川 大輔
研究室 （理論化学・電子状態理論）

羽馬哲也

研究室 （物理化学・天文学）●無機物質化学
平岡 秀一
研究室 (有機化学・錯体化学)
内田 さやか 研究室 （機能性固体の化学）
宮島 謙
研究室 (化学反応学・物理化学)
桐谷 乃輔
研究室 （有機無機ハイブリッド・分子技術・電子物理工学）
堀内 新之介研究室 （超分子化学・錯体化学）●有機物質化学岩井 智弘
研究室 （触媒有機化学・材料機能化学）小林 広和
研究室 （触媒化学・バイオマス変換化学）
寺尾 潤
研究室 （有機エレクトロニクス・分子建築学）
豊田 太郎
研究室 （分子集積システム創成・ソフトマター）●兼担教員（GPESから）ウッドワード研究室 （スピン化学・光化学）
ジョナサン

707B
309B
309A
303
307B
705A
309A
411

321A
322A
325A

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
807B
203B
301B
302A
430A
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
711

16号館
16号館
16号館
16号館
アドバンスト・リサーチ・
ラボ

407
509B
425A
729A

16号館
16号館
16号館
16号館
16号館

525B
424
425B
501A
525A

16号館
10号館
16号館
16号館

703
403F
702B
604

駒場国際教育
研究棟

210B

406

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、兼担 1 名です。
（橋本教授

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は 2022 年度で定年を迎えられます。
）専門とするテーマは、

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

物理学史、生物学史、医学史、技術史、高等教育史、イスラ系に所属し、
A グループとして大学院生を受け入れています。

ーム科学史、科学哲学、技術哲学、心の哲学、分析哲学、言語哲学、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

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

するほか、教養学部後期課程（科学技術論コース）の講義も

電話 03-5454-6135 ファクシミリ 03-5454-6978

担当しています。大学院学生（修士課程）も後期課程の単位

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

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：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
精神医学の哲学、現象学、科学技術哲学
ガー障害」の削除をめぐる議論、近年の発達障害全般の医療化と薬物治療に関する議論などを挙げることができる。
精神疾患とは何か、精神疾患をどのように分類するべきか、
どのような治療を提供すべきかという問題には、生物学的、医学的、心理的な問題が絡み合うだけでなく、社会的な要因も直接影響を及ぼしている。このような一つの領域では捉えることができない問題への対処には、様々な知の領域に足を踏み入れながらその前提と枠組みを問い直す哲学という知のあり方が適しているだろう。
最近では特にフィンランドで開発されたオープンダイアローグ(OD)というアプローチに注目し、その研究を進めている。
OD は、その名の通り「対話」を基盤に据えたアプローチであ
石原孝二

教授

るが、診断を重視せず、投薬や入院を可能な限り避けるなどの特徴があり、従来の精神医療の実践の枠組みとは大きく異石原孝二 教授 Kohji Ishihara, Prof.

なっている。OD の研究は、精神医学の枠組みを問い直す作業

http://researchmap.jp/read0052179/

でもある。

精神医療と人権
学生の頃はハイデガーを中心とした近現代哲学・現象学を日本を含めた多くの国では、強制入院や強制治療など、精研究してきたが、その後科学技術哲学、リスク論、科学技術

神疾患を診断された人の行動を制限する法律を制定している。

コミュニケーション、脳神経倫理などの研究をへて、近年

そうした制限は、精神科医による判定を必要とするが、その（2012 年度以降）では、精神医学の哲学と歴史を中心に研究

知の基盤は必ずしも明確なものではない。どのようなふるまを行い、精神医療と人権、当事者研究、障害の哲学などについを精神疾患の対象とし、行動制限の対象とするのか、そのいても研究を行っている。

手続きはどのようなものであるのかは、国や地域、歴史によって大きく変動する。精神疾患の診断を受けた人の人権をど

精神医学の哲学のように考えるのかは、その地域や国の人権一般に対する考哲学とは何か、という問いに対する明確な答えはないが、え方に大きく依存し、逆に人権一般の捉え方や国のあり方を

私自身は、知的行為や言説、社会的制度や社会的活動などの規定してもいる。精神医療と人権の問題は精神医学と精神医

前提や構造、論理を探求し、何らかのアウトプットを作り出療の枠組みに大きくかかわる問題であり、精神医学の哲学のす実践だと考えている。

問題群の中でもその中核に位置するものの一つである。

そのように考えるならば、精神医学の哲学とは、精神医学

当事者研究とサバイバーナレッジ、障害の哲学という知や臨床実践の前提や構造、論理を探求するものだと「当事者研究」とは精神障害などをもつ当事者が、自分た言える。精神医学の知と実践は、いくつかのユニークな特徴

ちが抱える問題について研究するものであり、2001 年に浦河をもっている。その一つが、医学・医療における独特の位置

べてるの家で始まった活動である。イギリスなどでは、「経づけである。例えば WHO が作成している ICD（国際疾病分類）

験専門家」や Survivor Knowledge という言葉があり、当事者における精神疾患(mental disorder)の扱いに見出すことがの専門性についての議論がある。当事者研究と障害学や当事できる。ICD の分類は、伝統的に（感染症などは別として）、者による他の活動との共通性や違いなどについて検討を行う「呼吸器系の疾病」や「消化器系の疾病」などのように身体と共に、障害の哲学一般についても研究を進めていく。

の特定の部位や組織、システムの機能不全に基づいて大分類

現象学、科学技術哲学など（章分け）を行ってきた。しかし、ICD の第 6 次改訂（1948年）以来、「統合失調症」などの精神疾患は、「神経系の疾病」とも区別されて、身体の部位による分類という原則から外れて独自のグループを形成してきた。
精神疾患の境界は曖昧であり、通常とは異なった考え方や情動、行動のすべてが、精神医療の対象となりうる。そのた現象学に関しては、現象学的精神病理学に対する批判的研
究や、現象学と当事者研究、オープンダイアローグの比較などといった形で、研究を継続している。現象学のほか、科学
技術哲学、科学技術コミュニケーションなどの研究指導についても引き続き行っていきたい。

め様々な軋轢が生じ、論争や議論が行われてきた。例えば「同性愛」が精神疾患の一つとされていたことに対する 1960
年代末～1970 年代の激しい抗議活動、アメリカ精神医学会の統計診断マニュアル DSM の改訂(2013 年)における「アスペル連絡先教授 石原孝二 14 号館 707B 室 03-5454-6206
cishi08@mail.ecc.u-tokyo.ac.jp

主な論文・書籍
石原孝二・斎藤環（編）(2022)『オープンダイアローグ

思想と哲学』東京大学出版会

石原孝二・斎藤環（編）(2022)『オープンダイアローグ

実践システムと精神医療』東京大学出版会

石原孝二(2021)「診断と精神医学」臨床精神医学

50(7): 681-686.

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)

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(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・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(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.
Kohji Ishihara (2014) Roboethics and the Synthetic Approach. A Perspective on Roboethics from Japanese Robotics Research. In F.
Michael & B. Irrgang (eds.), Robotic in Germany and Japan: Philosophical and Technical Perspectives, Peter Lang.
石原孝二編（2013）『当事者研究の研究』医学書院.
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

博士論文・修士論文のテーマの例


摂食障害の歴史社会学摂―⾷⾏動の逸脱はどのように語られてきたのか―（博士論文）



当事者研究の誕生（博士論文）



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）



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）



認知行動療法の哲学（修士論文）

研究室メンバーと研究テーマ（2022 年度）
博士課程学生 7 名、修士課程学生 2 名、研究生 1 名が所属しています。研究テーマは、現象学、精神医学の哲学、障害の哲学、医学の哲学、臨床心理学の哲学、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や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。

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http://hps.c.u-tokyo.ac.jp/staff/
連絡先
教授 岡本拓司 14 号館 309B 号室 03-5454-6694
okamototakuji@g.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

5)

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る。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 教授

鈴木貴之 教授
Takayuki Suzuki, Prof.

成果を活用することで、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、意識のハード・プロブレムを中心とした心の哲学の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、諸問題、人工知能の哲学や精神医学の哲学といった心の哲学

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の応用問題、哲学という学問の本性に関するメタ哲学の問題るのだろうか、固有の研究手法は存在するのだろうか、哲学を主な研究テーマとしている。

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、何らかの共通性がうか。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）の諸問題も研究している。

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
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「深層学習の哲学的意義」『科学哲学』第 53 巻第 2 号、pp.151-167、2021 年「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、分析哲学的な厳密で明確な論証と経験科学の知見の参照の両方を重視すること、そして、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。
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もつ人など、さまざまな人の参加を歓迎します。

研究室メンバー
2022 年 4 月現在のメンバーは博士課程の学生 6 名と修士課程の学生 1 名です。また、日本学術振興会の外国人特別研究員が 1 名在籍しています。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）
志村黛亞（中国科学史）

渡邊香里（近代天文学史）

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

移動することをめぐる思想分析。社会人です。

（Ｄ２）

奈須野 文槻（Ｄ１）

医学情報システムの比較制度分析。

上嶋 大樹

（Ｍ２）

ハンセン病の歴史分析。精神科医。

太田 充胤

（Ｍ２）

予防医学論。内科医。

大森 隆暉

（Ｍ２）

エピステモロジー＆ベルグソン。

宮崎 哲

（Ｍ２）

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
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
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、
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はときに、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形をとる。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-maker semantics
はこれから意味論の新たな枠組みとなるかもしれない。
藤川直也 准教授
Koui

意味論と形而上学
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

藤川直也 准教授

学的、すなわち、自然言語の意味論にとってなにが基礎的な

Naoya Fujikawa, Assoc. Prof.

存在者なのかという観点から考察される形而上学と見ること教授ができる。自然言語形而上学と呼ばれるこの形而上学は、自然言語の意味を形而上学理論のデータとすることで、その他の形而上学とは幾分異なる評価基準を私たちに与えてくれる言語、特に意味の問題に言語哲学と言語科学の両方の観点か。たとえば、しばしば異様な存在論と見なされるマイノング

ら取り組んでいる。固有名の意味論・語用論を出発点に、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

言語諸科学における意味概念についてのメタ意味論、言語の

言語形而上学の観点から見直す、ということも可能だ。

社会的・倫理的側面に関する応用言語哲学、非古典論理の形
而上学と形式意味論への応用などをテーマとして研究を進め

意味の科学とメタ意味論ている。

言語に関する現代の科学的探求は多岐にわたるが、異なる理論的アプローチには、方法論的な違いがあるだけでなく、固有名の意味の問題「意味」のような基礎概念の理解においても食い違いも見ら人や建造物には大抵、名前がついている。そして私たちはれる。異なる分野で用いられている意味概念を精査し、言語

日々そうした名前を難なく使っている。にもかかわらず、固的意味とはいったいなんなのかについて、言語科学の諸理論

有名の意味はいったいなんなのかという問いに答えるのは容が共有可能な（もしかすると複数の）見方を提示するという易ではない。実際その問いは多くの言語哲学者たちを悩ませ

メタ意味論的探求は、言語哲学における重要な課題の一つでてきた（カプランの言葉を借りれば、固有名というのは、乗あろう。

るのは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ものである）。現代言語哲学の古典中の古典であるフレ

応用言語哲学ーゲの「意義と意味について」やラッセルの「表示について」時に人は平気で嘘をつき、適当なデタラメを並べたりするで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。ヘイトスピーチは直接人々を傷つけ、同時に差別的構造のの代入の問題や、存在しないものの名前の問題−−はいまだに維持・強化に寄与する。フェイクニュースやプロパガンダは決着がついていない。最近では、固有名が述語的に使われる

民主主義にとっての深刻な脅威だ。このように実社会には言ケ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。

葉が関わる様々な実践的問題が存在する。従来の言語哲学がさらには固有名をめぐる問題は実験哲学においても重要な役あまり扱ってこなかったこうした実践的課題に取り組む応用

割を担っている。

言語哲学とでも呼ぶべき研究が近年盛んになっている。応用
言語哲学は、その進展によっては、従来の言語哲学における言語哲学の「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

基礎概念・理論の見直しがなされるかもしれないという点でも重要である。

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
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

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Casati, F. and N. Fujikawa (2021). Against Gabriel: On the Non-Existence of the World, inBernstein, S. and T. Goldschmit (eds.) 2021. Non-Being: New Essays on the

Metaphysics of Nonexistence, Oxford: Oxford University Press, pp. 69-81.
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
2022 年 4 月現在での研究室のメンバーは、修士課程の学生が 4 名、博士課程の学生が 2 名、日本学術振興会特別研究員（PD）が 3 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, “Greek Scientific and Philosophical Knowledge as a Survival Tool for a Religious
Minority at the Abbasid Court: The Case of Thābit ibn Qurra”, 『上智アジア学』39 (2021).

2.

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

3.

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．

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.

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．

8.

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.

9.

Taro Mimura, “The Arabic Original of (ps.) Māshā’allāh’s Liber de orbe: its date and authorship”, The

学生へ一言
British Journal for the History of Science 48 (2015), 321–352.
10. Taro Mimura, “Quṭb al-Dīn Shīrāzī’s Medical Library—Al-Tuḥfa al-Sa‘dīya (Commentary on volume 1
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。
of Ibn Sīnā’s al-Qānūn fī al- Ṭibb) and its Sources”, Tarikh-e ‘Elm 10-2 (2013), 1–13.

研究室のメンバー

2022 年 4 月現在での研究室のメンバーは、博士後期課程の学生が 1 名（ヨーロッパ植物学史）、修士課
程の学生が 2 名（ヨーロッパ錬金術史、イスラーム天文学史）です。

History of Science
医学史

鈴木研究室

のさまざまな領域の中で大きな意味を持つことになる。そのような多様性を意識しながら、講義とセミナーを設計してある。

精神医療と感染症
その中で、筆者が主に研究をしてきた対象は、精神医療と感染症である。地域と時代は、精神医療が 18 世紀から 19
世紀のイングランド・スコットランドと 19 世紀後半から 20
世紀中葉までの日本、感染症は 19 世紀後半から 20 世紀中葉の日本である。それを対象にして、思想史、行政史、数量的な経済史などを使いながら、著書や論文を発表してきた。史
料としては、医学書や医学論文などの基礎的な史料や、国際的・全国的な統計のデータベース、より局地的な市や村など
鈴木晃仁 教授の範囲における疾病記録、そして患者が前面に出てくる病床日誌などを用いている。特に、精神医療における病床日誌は、

Koui

疾病・医師・看護師・患者たちが、急速な近代化、関東大震

鈴木晃仁
教授 Akihito Suzuki, Prof.
教授

災、東京大空襲を経験した中での医療に関する史料であり、。
近年では、精神病院がどのような環境におかれているのかという環境の視点、日本語とドイツ語の双方が用いられている

現在の covid-19 をめぐる動きには、歴史的な議論が深く

病床日誌などの言語性、芸術作品に登場する疾病などにも注織り込まれている。それと同じように、医学史という学問の目している。それ以外にも、まだ使ったことがない多くの題

視点と主題は、20 世紀の後半から、大きく変化した。それま

材、視点、方法論があるので、学生には積極的にそのようなでの古い医学史の主な主題は、医師などの医療者であったが、手法を身につけてほしい。

そこに新たに疾病と患者が付け加わり、疾病・医療者・患者の三者が構成する全体を医療と呼ぶようになった。この変化

大学での講義とセミナーの間接的な背景にはミシェル・フーコーや社会史が存在して講義とセミナーも、疾病・医療者・患者の三者に分けられいる。そして、政治・経済・思想・文化・環境など、社会全ている。それぞれを主題にして、中級の講義と中・上級のセ体に大きな影響を与える複数の要因が医学史によって取り上ミナーを行う。いずれも古代から現代までをカバーするが、げるようになった。これが新しい医学史と呼ばれている大き1800 年付近から現在までの近現代が中心となる。学生から見な流れである。そのため、現在研究されている医学史においると、専門職につくうえで、三者がどのようになるのかを深ては、時代・地域・学問的な方法論などは、広さと深さと多く考える数年間になるだろう。

様性を持っている。

教師が用いる言語と、テキストが書かれている言葉、学生諸君のディスカッション、毎週提出する 1,000 語ほどのエ

疾病・医療者・患者の三者が作り出す医療ッセイなどは、いずれも英語である。多くの学生は英語がで

医療は、疾病・医者・患者の三者を考察しなければならなきるだろうし、できない学生も、最初の数週間は英語を書く

いという視点。これはヒポクラテス文書に遡る概念であり、ことができない経験をするだろうが、すぐにプロフェッショ「ヒポクラテスの三角形」と呼ばれている。疾病を理解する

ナルな英語を書く能力が上昇することが実感できるだろう。

上で重要な医学と環境の立場、医者などの医療者を把握する

また、英語でのディスカッションの能力についても、毎週積上で大切な思想や経済の視点、そして患者の多様な反応と対極的に参加すれば、英語で発言する力を身につけることがで応を社会とつなげてつかむ着眼点。これらが医学史の中核できるだろう。

ある。その周辺には、本当にさまざまな方向の研究が存在する。内政と外交の政治学、生活水準や病原体の移動の影響を与える経済学、政策や倫理などを左右する思想・哲学、文学

連絡先や芸術などの文学・芸術学、自然と人工の双方である環境学などが、三者から構成される医療に大きな影響を与える。そのため、医学史は、政治史、経済史、思想史、文化史、環境史などと深い関係を持つ多様性とともに、大学や研究機構に広がっている。また、政治学や経済学などと結びつく医療人

教授 鈴木晃仁 大学院人文社会系研究科
附属死生学・応用倫理センター
akihitosuzuki2.0[at]gmail.com

文学や医療社会科学の重要な要素になっている。医学史を学ぶことは、医学系・薬学系はもちろん、人文系、社会科学系

附属死生学・応用倫理センター
16 号館 623Ａ号室 5454-6738

主な著書
1.

Reforming Public Health in Occupied Japan, 1945-52: Alien Prescriptions? with Chris Aldous(London: Routledge, 2011)

2.

Madness at Home: The Psychiatrist, the Patient and the Family in England 1820-1860 (Berkeley:
University of California Press, 2006)

主たる編集雑誌
1.

Special Issue Editor, with Wen-Ji Wang, “History of Psychiatry and Mental Illness in East Asia in the
Twentieth Century”, in History of Psychiatry, vol. 33 (2022), forthcoming.

2.

Special Issue Editor, with Takabayashi Akinobu, “Life, Science, and Power in History andPhilosophy”, East Asian Science, Technology and Society: An International Journal, vol.13, number
1 (2019). 182-197.

主たる論文
1.

"Imperial Psychiatry of Japan and Its Practice in Tokyo: Two Korean Immigrants in a Psychiatric
Hospital c.1920-c.1945", História, Ciências, Saúde-Manguinhos, 29(2022), forthcoming.

2.

“Psychiatric Hospital, Domestic Strategies and Gender Issues in Tokyo c.1920-1945”, History of
Psychiatry, 33(2022), forthcoming.

3.

“Public Health, Laboratory Experiment, and Asymptomatic Carriers in Japan, ca. 1920–1950”, East
Asian Science and Technology Studies, 13(2019), 39-55.

4.

“Voices of Madness in Japan: Narrative Devices at the Psychiatric Bedside and the Modern
Literature”, in The Routledge History of Madness and Mental Health, edited by Greg Eghigian(London: Routledge, 2017), 245-260.

5.

“Psychiatric Surveys and Eugenics in the Family and Community in Japan”. in Zentrum und
Peripherie in der Geschichte der Psychiatrie, edited by Thomas Mueller (Stuttgart: Franz Steiner
Verlag, 2017), 189-201

学生へ一言
疾病・医療者・患者の三者が、政治・経済・思想・文化・環境などの中が作り出す、大きな構造と小さな社会。そこでダイナミックに動いていき、患者個人などが死や生にいたる歴史。それらを勉強して、多くの専門職にふさわしい力を身につけてください。

研究室のメンバー

坂本美里（大学院博士課程）、Jing SUN（ペンシルヴェニア大学）、Tianyuan HUANG （コロンビア大学）、Isaac C.K. TAN（コロンビア大学）、三原さやか（東京大学）

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、2022 年度、修士課程 4 名、博士課程 5 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) Entropy of Hawking radiation in entangled disjoint universes

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

and the island formula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) 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

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の解析取得した者のうち 27 名が国内外の大学等の教授、准教授、講4) トポロジカル場の量子論とコボルディズム不変量師、助教等（秋田大、茨城大、ヴィットウォーターズランド

5) 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

大、大阪大、大阪公立大工業高専、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、

6) 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

拓殖大、千葉大、筑波大、東大 2 名、東工大、東北大 3 名、子カイラルゲージ理論の構成

豊田工業大、名古屋大、福井大、理化学研究所 2 名）
、4 名が7) 重力理論と双対な模型としての SYK 模型

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

8) Celestial ホログラフィーにおける共形ソフトカレント

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。

9) Lieb-Schultz-Mattis の定理に基づく格子上の 't Hooft アノマ
リーの解析

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

<''$ 85(&&) 5($ 8!"95(&&* 5

9

<!'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 （統計力学・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)
国場 敦夫 研究室 （可積分系・数理物理)
白石 直人 研究室

(統計力学)

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
の題目

修士論文
➢
➢
➢

超伝導渦糸格子における磁束フローの理論的解析
一次元カイラル強磁性体における量子効果
行列積表現を用いた熱的量子純粋状態の構築➢

非例外型量子群に対する反射方程式の行列積解

➢
➢
➢
➢
➢
➢
➢
➢

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
学習を反映した重みパラメータを持つボルツマンマシンの統計力学
高密度粉体における自由冷却過程
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
など
博士論文
➢
➢
➢
➢
➢
➢

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や書籍など

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。

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

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

cc.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).

7)

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 Shuji Ishihara, Assoc. Prof.
畠山 哲央 助教

Tetsuhiro Hatakeyama, Assist. Prof.

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。

の背後に、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)。

「生きている」とはどのような状態なのでしょうか？ 物理の言葉で、生命現象を理解できるのでしょうか？ 本研究室では、細胞と生体組織のメカニクス

細胞や細胞集団を対象とした生物物理学を、非線形物理学や細胞集団は、シグナル分子と共に、力学的な相互作用を介ソフトマター、非平衡物理学の理論を用いて研究しています。

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

これらの分野は、近年の実験の進歩によって定量的な測定と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そのモデル化が可能になってきました。また、見えている現は、組織内にはたらく「力」の動態や、組織物性(レオロジー)

象から、逆に新しい物理や数理を抜き出すことも重要だと考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、えており、数理的な興味に基づいた研究も行っています。

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、ベイズ推分子から細胞へ、細胞から組織•個体へ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（細分子の集まりに過ぎない細胞が、どのように構造を生成・

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

維持し、外部環境を検知して行動に結びつけているのでしょウジョウバエ翅や背板に適用することで、世界で初めて成長うか？また、動物の体では、細胞増殖や分化を通してそのサする組織内の応力場の可視化を行いました（図１;論文 4,6）。

イズやプロポーション、左右対称性の制御などが高精度に行

また、組織の機械物性を理解するためには、力とともに変形

われていますが、細胞集団がシステムとして自律的に働く背(キネマティクス)を理解する必要がありますが、細胞増殖や景には、どのような制御原理が働いているのでしょうか？こ細胞形態変化、細胞の相対位置の変化が複雑に絡み合った組のような問いには、細胞の物理的基盤や物理的制約(モノ)と、織の複雑な変形過程を特徴付けることは容易ではありません。

システム論的・情報論的思考(コト)を融合させたアプローチ

この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が必要となってきます。近年のライブイメージングをはじめ解析手法を開発し、その上で、力と変形の関係を明らかにすとする実験技術の進歩により、細胞内や組織スケールでのタ

べく、ソフトマターの理論を参照して生体組織のための連続

ンパクの発現•活性の時空間的振る舞いが見えてきており、分

体力学の構築を進めています。他にも、培養細胞系に対する子の局在や振動といった時空間ダイナミクスが、上に述べた

新規な内部応力推定手法の開発を行うなど、物理的知見に基ような生命機能に大きな役割を果たしていることがわかってづいた新規なデータ解析(機械学習)手法の開発と、力学モデ

きました。

ル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

このような過程においては、分子や細胞という要素が相互の細胞集団が示す多様な運動の研究を行っています。

作用することで、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http://webpark1976.sakura.ne.jp/

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・非平衡の問題

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 geometries 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

Biology 313, 201-211 (2012)
7)

S. Ishihara, M. Otsuji and A. Mochizuki, Transient and steady state of mass-conserved reaction-diffusion
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
助教 1 名、研究員 2 名、博士学生 1 名、修士学生 1 名。

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 610B 室
imaizumi@g.ecc.u-tokyo.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)

準ポテンシャルを用いた確率的勾配効果法の非定常下の脱出効率性解析

4)

過剰パラメータやニューラルネットワークモデルによる統計的因果推論の解析

主な論文
1) M.Imaizumi, K.Fukumizu, (2022), "Advantage of Deep Neural Networks for Estimating
Functions with Singularity on Hypersurface". Journal of Machine Learning Research.
2) M.Imaizumi, H.Ota, T.Hamaguchi (2022), "Hypothesis Test and Confidence Analysis with
Wasserstein Distance on General Dimension", Neural Computation.
3) A.Sannai, M.Imaizumi, M.Kawano, (2021), "Improved Generalization Bounds of Group
Invariant / Equivariant Deep Networks via Quotient Feature Spaces", PMLR: Uncertainty
on Artificial Intelligence 2021.
4) M.Imaizumi,

K.Fukumizu(2019).

"Deep

NeuralNetworks

Learn

Non-Smooth

Functions

Effectively". Artificial Intelligence and Statistics.
5) M.Imaizumi, K.Kato (2018). "PCA-based estimation for functional linear regression withfunctional responses". Journal of Multivariate Analysis.
6) M.Imaizumi, T.Maehara, K.Hayashi (2017) "On Tensor Train Rank Minimization: Statistical
Efficiency and Scalable Algorithm". Advances in Neural Information and Processing
Systems.
7) 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、特任助教１名、技術補佐員１名、学生 7 名(＋外部 3 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

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流動
ボース・アインシュタイン凝縮体の超流動、超流動固体、さ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る。

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

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。
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
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。

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

http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/kato-yusuke-lab

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。

教授 加藤雄介 16 号館 301B 号室 5454-6534
yusuke@phys.c.u-tokyo.ac.jp

量子可積分系とエニオン

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

Calogero と Moser そして Sutherland によって見出された計性、磁性体におけるスピノン、素励起の性質とグリーン関

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

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
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
響をグリーン関数の厳密解に基づき研究している。

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) Functional Renormalization Group Study on Kitaev Quantum Spin Liquid3) 時間反転対称かつ空間反転対称な系におけるトンネルスピン流4) 超伝導グラフェンの渦糸状態と端状態

主な著書・解説
Dynamics of One-dimensional Quantum Systems: Inverse-square Interaction Models （共著：Cambridge Univ. Press，2009）
物性物理学と統計力学: 数理科学 2013 年 6 月号 21-27 .
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 .
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.
超流動とボーズ・アインシュタイン凝縮 物性研究・電子版 2015 年 11 月号 Vol.4, No.4 044202( 第 60 回物性若手夏の学校：講義ノート）
フーリエ・ラプラス解析（共著：丸善, 2017）

主な原著論文Dynamical Density Fluctuations of Superfluids near the Critical Velocity, Phys. Rev. Lett., 105, 035302 (2010).
Mean-field and stability analysis of two-dimensional flowing soft-core bosons modeling a supersolid, Phys. Rev.
B 86 (2012) 060510 (R)Nature of driving force on an isolated moving vortex in dirty superconductors
J. Phys. Soc. Jpn. 85 033703/1-5 (2016)
Intrinsic hysteresis due to the surface barrier for chiral solitons in monoaxial chiral helimagnets, Phys. Rev. B
97, .214413/1-8 (2018) (Editors’ suggestion)
Order and disorder in the magnetization of the chiral crystal CrNb3S6” Phys. Rev. B 99, 224429/1-11 (2019)(Editors’ suggestion)

学生へ一言

高圧下ながらも摂氏-23°の超伝導体が 2019 年に発見され、室温超伝導の実現可能性が射程距離に入る今、物性物理学の分野はさらに発展しつつあると改めて感じます。この分野の日本の強みは国内に優秀な実験グループが多数あり、実験データに触発されるテーマに魅力的なものが多数あることです。物性分野に加えて、統計物理学や数理物理、数理科学、データ科学の優秀者研究者も集まっている東京大学駒場キャンパスは学際的刺激に溢れており、物質科学の理論的研究を志す皆さん
にとっても好環境であると思います。
研究室のメンバー

博士課程 1 名、修士課程 4 名

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
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

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,キュミュラント展開，大偏差関数に著しい進展がある。
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，修士 1 名(2022 年度)

Physics

白石研究室

統計力学
測定量

熱平衡値

?

?

?

?

時間

図１ 孤立量子系の熱平衡化の問題状況。

いたりできます。

白石直人准教授

この分野の一つの有名な結果が「ゆらぎの定理」です。ゆらぐ系においては、熱力学第二法則に反するような過程がご

私たちの身近なマクロな物体は、ミクロな分子が集まってくまれに生じます。このような稀なゆらぎの出現確率が、実出来ています。ミクロな分子の振る舞いは量子力学で決まっはエントロピーが増えるごく普通の過程の出現確率と密接にています。一方、マクロな物体は、熱力学などの観察事実に結びついていることを明らかにするのがゆらぎの定理です。

基づく現象論的な理論で記述可能です。ミクロな理論とマクゆらぎの定理からは、第二法則や揺動散逸定理などの既知のロな理論、それぞれはともによく確立された理論ですが、両関係式を再導出することができ、さらに高次ゆらぎについて者がいかにしてつなぎ合わされるのか、というのは極めて難の新たな関係式も与えてくれます。これ以外にも、マクスウ

しい問題として残されています。

ェルの悪魔などの測定やフィードバックといった情報処理を本研究室では、このような理論物理、特に統計力学の基礎行う系における熱力学の関係式を与える情報熱力学の理論も、的な問題の研究を行っています。
「基礎的な問題」というのはゆらぐ系の熱力学の枠組の上に構築されています。私自身の簡単・初歩的という意味ではなく、「ある物理現象を説明する

関わった研究としては、ゆらぐ系の熱力学の手法を利用する

上でどの性質が本質的なのか」「物理の理論同士はどういう関ことで、熱機関の効率とパワーの普遍的なトレードオフ不等係になっているのか」といった、物理理論の構造を明らかに式が導出できるという結果もあります。

し、世界をより明晰に理解していこうとする、そういった問
題設定のことを指しています。
研究では数理的なアプローチを中心として用いています。
特定の手法にこだわることはなく、使える数学的道具は幅広
く用いていくスタンスです。情報理論や計算論などの情報科学の知見を利用した融合的な手法もしばしば用いています。

孤立量子系の熱平衡化
マクロな系の初期状態を非平衡状態にとり、その系を外部環境から孤立させて放置すると、系は唯一の平衡状態に緩和します。これは熱平衡化と呼ばれている現象で、経験的にもよく知られています。量子多体系のハミルトニアンに従って
ユニタリ時間発展する純粋状態の場合であっても、ほとんど

ゆらぐ系の熱力学

すべての量子多体系は熱平衡化することが数値実験などによブラウン運動が見られるような、熱ゆらぎが無視できないって確認されています。しかし、すべての量子多体系が熱平

小さなスケールの世界を考えましょう。我々生物の体の中で衡化するわけではなく、可積分系などの一部の量子多体系はは、そうした激しい熱ゆらぎの中でさまざまな機能を果たす

熱平衡化しないことも知られています。どのような系は熱平

タンパクが働いています。化学ポテンシャルを消費して仕事衡化するのか、熱平衡化する系はなぜ熱平衡化するのか、こを行う、ミクロな熱機関のようなものも存在しており、そのうしたマクロな性質をミクロな量子力学だけから明らかにし効率は非常に高いことが実験で報告されています。しかし、ようというのが、孤立量子系の熱平衡化の研究分野の中心的

激しい熱ゆらぎの中の熱機関は、通常のマクロな熱機関とは状況が大きく異なります。このような激しい熱ゆらぎのある

https://sites.google.com/site/naotoshiraishiphys/home-jp

世界における、熱力学的な性質を記述するのが「ゆらぐ系の連絡先熱力学」という分野です。ゆらぐ系の熱力学の枠組を用いると、既存の熱力学では扱えなかったさまざまなゆらぎについての普遍的な性質を議論したり、新しい熱力学の関係式を導准教授 白石直人 16 号館 429B
shiraishi[at]phys.c.u-tokyo.ac.jp

cc.u-tokyo.ac.jp

な問題です。
マクロな系はほとんどの場合に熱平衡化するので、系のミ

機科学の）決定不能命題であり一般的な判定法は存在しえな
いこと、などを示しています。

クロな詳細よりも「膨大な数の構成要素が集まっている」というマクロ性の方が重要だろうと考えられます。この分野のここでは二つの研究分野について説明しましたが、私自身

これまでの研究では、かなり自然な条件さえ満たされていれはこれら以外の研究分野にも幅広く関心を持っています。例ば量子多体系において緩和（物理量がある値に落ち着いて変えば、量子情報理論の観点からミクロな量子系の状態の変換

化しなくなること）は生じることや、多くの熱平衡化する系

可能性の特徴づけとしての熱力学第二法則を導出する研究や、では「すべてのエネルギー固有状態は、それ単独で熱平衡状

ガラスや組合せ最適化問題の計算複雑性において見られる複態とマクロには見分けがつかない状態である」という「固有雑なフラストレーション構造を、ランダムネスによってでは状態熱化仮説」が数値的には成り立っていること、などが発なく手で構成的に作ることでそのフラストレーション構造を見されてきました。私自身の関わった研究では、固有状態熱

理解しようという研究などを行っています。また、これまで化仮説はすべての熱平衡化する系で成り立つわけではないこやっていた研究領域にこだわることなく、さらに研究分野をと、熱平衡化の有無の判定は最も一般的な形では（理論計算

広げていきたいとも考えています。

解説記事
1)

白石直人、齊藤圭司、田崎晴明「熱機関の効率と仕事率についての普遍的なトレードオフ関係」日本物理学会誌 第 72 巻
第 12 号 p862 (2017)2)

白石直人「ゆらぐ系の熱力学から熱機関の法則へ：パワーと効率の普遍的関係 （第 63 回物性若手夏の学校 集中ゼミ）」
物性研究 電子版 Vol. 7 No. 2, 072213（2018 年 11 月号）

3)

主な原著論文

4)

＃

1)
5)

Naoto Shiraishi and Keiji Matsumoto, "Undecidability in quantum thermalization", Nat. Comm. 12, 5084 (2021)＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃

2)
6)

Naoto Shiraishi and Takahiro Sagawa, "Quantum thermodynamics of correlated-catalytic state conversion at
small-scale" Phys. Rev. Lett. 126, 150502 (2021)

3)

Naoto Shiraishi, "Proof of the absence of local conserved quantities in the XYZ chain with a magnetic field".
Europhys. Lett. 128 17002 (2019)4)

Naoto Shiraishi and Takashi Mori, "Systematic Construction of Counterexamples to Eigenstate Thermalization
Hypothesis", Phys. Rev. Lett. 119, 030601 (2017)

5)

Naoto Shiraishi, Keiji Saito, and Hal Tasaki, “Universal Trade-Off Relation between Power and Efficiency for HeatEngines”, Phys. Rev. Lett. 117, 190601 (2016).

学生へ一言
当研究室は 2022 年に発足した新しい研究室です。研究室の枠組やシステムもまだ固まっておらず柔軟に対応できるので、院生の方の声も聞きながら、新しい研究室の在り方を作っていきたいです。
自由なアイデアで積極的に研究していく皆さんと、まだ見たことのない新しい物理の地平を切り開いていくようなワクワクした探求に、是非一緒に取り組んでいけたらいいと思っています。

研究室のメンバー
准教授 1 名、博士課程院生 3 名（清水研からの継続）で運営しています。

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，そこでも 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．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が
福島孝治

教授

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

福島孝治 教授 Koji Hukushima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

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的な類似性をもつことも分かってきています．例えば，ある

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

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で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，

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

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

難しさと関係していると考えられています．また、 ベイズ統を multi-discipline と呼ぶことがありますが，それとは異な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．

り既存の分類ではタグ付けできないような un-discipline 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(統計力学を基盤にする)科学の発展を、別の言い方をすればリカ法を用いて、スピングラス理論の発展から最適化問題な

何をやっているかわからない研究室を目指しています．

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，単純に驚いたと思います．
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

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．
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
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http://hukushimalab.c.u-tokyo.ac.jp/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
教授 小宮山進
16 号館 623Ａ号室

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）5454-6738

データ駆動科学の方法論
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，真に自然現象を理解するためには何か欠けている気がしています。たとえば、信頼度の評価がわか
りにくく、簡便に言えば推定の結果をどのくらい信じてよいのかがよくわかっていないです。学生実験のときにうるさいくらい誤差棒の引き方を注意されたのに、機械学習とか AI ではそこが注意されないのはおかしいと思いませんか？信頼される AI とか理解される AI を望んでいるわけではなくて、誤差棒の描ける機械学習を実際の実験を見ながら考えていきたいです。それを実験計画と絡めて、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

一般的な解説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

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） 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。

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) 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
4) “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
5) ランダム系に現れる秩序と相転移 ～ レプリカ法による普遍性の見え方と見方 ～、数理科学２０２１年１１月号

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

2022 年 4 月現在では，修士課程 2 名、博士課程 9 名．
M め m 名．

Physics

堀田研究室

物性理論・強相関量子多体系
ルから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、パラメタ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。

量子多体系の諸問題
量子揺らぎは低次元かつ相互作用が拮抗するような場合に顕著になります。本研究室では、量子多体性が本質となるよ
うな物質（固体）の問題、量子統計の問題、乱れの問題について興味をもって研究をしています。
堀田 知佐

教授

堀田 知佐 教授 Chisa HOTTA, Prof.
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の本質をとらえる方法論です。

量子多体系・強相関系とは？

たとえば、フラストレートした格子構造～三角格子、カゴ
メ格子、パイロクロア格子では、格子点上の軌道にある電子やスピン間の相互作用が幾何学的にミクロに競合することによって、局所的にエネルギーを最低にする（＝満足する）ことができなくなり、系のエネルギーがマクロに縮退して、巨大なエントロピーが生まれます。このような状態はしばしば
量子揺らぎに敏感に反応して、非自明な量子相をもたらす種となります。我々はこのフラストレート系を中心に、これまでいくつかの新しい量子相を発見・提案してきました。たとえば、三角格子上で、単一自由度だった電荷が、強い相互作
用によってピンボール液体相という固体（ピン）と液体（ボール）に分離する相、本来分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(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、電荷が自己組織的に量子力学的電物性物理学の２０世紀は、半導体、超伝導、磁性、誘電性、

気ダイポールを作り出す相、カゴメ格子系で、Ｚ３スピン液体などといった、今では当たり前となりつつある基本物性が、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

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

カル秩序相、スピンや電子が無限小の乱れによってグラス化時代でした。そのハイライトが、高温超伝導、分数量子ホーする量子グラス相などです。

ル効果、冷却原子などの「強相関」現象です。

また近年物性で盛んに研究されているスピン軌道相互作用

強相関とは、一般に電子間の相互作用が強い系を指します。

の量子多体効果についても最近面白い現象をいくつか見出し

これに量子性が加わって、電子の集団が簡単には想像できなています～たとえば、反強磁性体のエネルギーバンドのスピ

いような振る舞いをする系を量子多体系と呼びます。量子多ンテクスチャ、スピンが回転しながら格子を伝搬し、量子干体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.

渉効果を起こすことで現れる完全フラットバンドやカイラル

Anderson の「More is Different」があります。
“物質の多様な個対称性、スピン軌道相互作用による多彩な磁気状態を示すモ

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

ット絶縁相などです。

い、電子がマクロな集団(More)として振る舞う際に初めてあ

これらの量子相や量子現象は発見論的に見出されたものやっと驚くような性質(Different) が現れる”、という物性物理学

実験研究からのリクエストが切欠で見いだされたものも多く、の醍醐味を表した言葉です。

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

量子多体理論研究の長年の問題は、モデルの自由度がすこし増えただけで途端に、全く解けなくなってしまうことです。
そのよう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

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

教授 堀田 知佐 16 号館 301A 号室

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教授
chisa＾＾＾
小宮山進
phys.c.u-tokyo.ac.jp
16 号館 623Ａ号室

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（^^^を半角の＠に変えてください）5454-6738

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。研ルロ法などがあります。しかし、とある手法で難しい問題は、究対象は、金属、絶縁体（誘電体）、磁性体、あるいは 電子

他の手法でも別の意味で同程度難しい問題となる、いわゆる系、d 電子系、f 電子系、遷移金属、有機結晶などの物質系、「難しさ保存の法則」が往々にして我々を悩ませます。我々

統計力学基礎論としての量子多体論～純粋状態や混合状態とは，面白いと思ったテーマを、世界で数人しかできないようエンタングルメント、乱れの問題一般です。物性理論の研究な難しい solver を用いずとも、一定の努力さえ払えば、アイ

室としてはおそらく日本髄一といってよいくらい幅広い対象

ディア次第で「解ける」新たな方法論を模索してきました。

を扱っています。ある種の美学や興味を共有しながら、メングランドカノニカル数値解析 sin 二乗変形平均場理論、密度バーが自分の好きなことを自由にそれぞれの個性で追求して行列埋め込み群、TPQ-MPS など複数の手法を開発しています。

研究成果を出していこう！という研究室です。

２０００年代からの研究で量子多体の波動関数を精度良く求めるうえでエンタングルメント（系の状態の量子もつれ）

量子多体数値計算法、エンタングルメント
量子多体系のモデルでは、ヒルベルト空間次元が、Ｎに対して指数関数的に増大するために 高々Ｎ～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きません。我々を制御することが非常に大事だということが明らかになってきました。最近では、有限温度や２次元の量子状態、量子多体ダイナミクスを理解するための研究にも取り組んでいます。

が使っている手法には、近似的にほぼ厳密に近い unbiased な
数値解を得る密度行列繰り込み群(ＤＭＲＧ)や量子モンテカ

修士論文の題目
1)

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）

2)

量子多体の波動関数を記述する制限ボルツマンマシンの構造の解析（渡邉 健太

修士論文

2018 年）

3)

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

4)

行列積状態を用いた熱的純粋量子状態の構築（岩木敦司

2020 年） 論文特別賞受賞

5)

一般的な解説、レビュー
6)
1)
7)

「反強磁性絶縁体のマグノン励起にみられるスピンテクスチャと異常熱ホール効果」, 川野 雅敬, 堀田 知佐, 固体
物理 55, No.3 (2020).

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) Perfect flat band and chiral-charge ordering out of strong spin-orbit interaction, Hiroki Nakai and Chisa Hotta, Nature
Communications 13, 579 (2022),
2) Designing spin momentum locking in inversion-symmetry broken antiferromagnets, Masataka Kawano, Yoshinori Onose,
Chisa Hotta, Communications Physics 2, 27 (2019).
3) 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).
4) 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.

5) Quantum
electric dipoles in spin-liquid dimer Mott insulator -ET2Cu2(CN)3, Chisa Hotta, Phys. Rev. B 74, 241104R (2010).
ｗ

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。新しい物理をぜひ一緒に創り出していきましょう。
研究室情報2022 年度は修士 2 名、博士 1 名、PD１名の構成となっています。

・
グループ

・

エレクトロニクス
・

・
グループ
・
・

Physics

松田研究室

変わりものの原子の物理行うための重要なステップとして、英国物理学会（IoP）のPhysics World から Breakthrough of the Year の第１位に選ばれるなど、国内外から高く評価されました。現在、合成した反水素を実際に引き出してマイクロ波を用いた精密分光実験を行うために、ＲＦキャビティや収束用６重極磁石をビームラインに設置すると同時に、陽電子の蓄積効率や反水素の合計効率の向上のための装置の改良を進めています。
また、反水素を用いて物質と反物質に働く重力が同じかど
うかを確かめようという実験についても、検討を進めています。

超低速反陽子による反陽子原子生成過程の研究
梅林のハイキングにて

松田恭幸 教授

Yasuyuki Matsuda, Prof.

黒田直史 助教

Naofumi Kuroda, Assist Prof.

反陽子を数 eV の単色直流ビームとして取り出すことができるのは世界でも私たち MUSASHI グループだけです。このビームを用いて、プロトニウム（pp）や反陽子ヘリウム原子（pe−He++）などの反陽子原子の生成に関わる衝突ダイナミクスを研究しています。通常の原子衝突とは異なり、質量と電荷符号がさまざまに組み合わさった過程を研究することで、より一般的な衝突ダイナミクスの理解にむけた新しい情報を

ふつうの原子は陽子と中性子からなる原子核とそれに束縛提供できるものと考えています。

された電子からなりますが、私たちは加速器を用いて生成される粒子（反陽子、種々の中間子、ミュオンなど）を含む変
わりものの原子（エキゾチックな原子と呼ばれることがあります）を用いて物理や化学に新しい分野を開拓することを目標に掲げ、理化学研究所、広島大学、東京理科大学、高エネ
ルギー加速器研究機構、CERN（スイス）、GSI（ドイツ）、ISIS（イギリス）、TRIUMF（カナダ）など、国内外の大学・研究機
関と協力しながら研究をすすめています。
新しいアイデアや意欲を持った方々を歓迎します。

反水素原子を用いた対称性の破れの探索
反水素原子（反陽子と陽電子からなる原子）の精密分光を用いた、自然界における CPT 対称性の検証実験をすすめています。宇宙の生成の謎という大きなテーマに、（反）水素原子という小さなプローブで挑んでいます。
実験はスイスジュネーブ郊外にある CERN（ヨーロッパ原子

MUSASHI は総合文化研究科の松田研究室、理化学研究所、広島大学、東京理科大学などで構成されるグループで、ASACUSA
国際共同実験の中核グループとして活躍しています

核研究機構）の反陽子減速器(AD) で行っています。AD には
３つの国際共同実験がありますが、私たち MUSASHI グループ

http://radphys4.c.u-tokyo.ac.jp

はそのうちの一つである ASACUSA 共同実験の主要メンバーとして参加し、これまでに反陽子と陽電子の蓄積について実績を積み上げてきました。特に反陽子の強度は他の国際共同実
験を大きく上回り、我々のグループの大きな強みとなっています。2009 年度には反陽子と陽電子をカスプトラップの中で同時に閉じ込めて混合することに成功し、2010 年には冷えた
反水素をカスプトラップ内で合成することに成功しました。
この成果は反水素をビームとして引き出し、精密分光実験を

連絡先
教授
助

松田 恭幸 16 号館 222A 号室
matsuday (at) phys.c.u-tokyo.ac.jp
教 黒田 直史 16 号館 102 号室
kuroda (at) radphys4.c.u-tokyo.ac.jp

反陽子の磁気モーメントの精密測定

ムを作ることができます。このビームを用いてミュオニウム

ペニングトラップと呼ばれる荷電粒子トラップの中に１つを大量に生成し、その超微細構造の精密分光を行う計画を高だけ閉じ込めた反陽子の運動を精密に測定することによってエネルギー加速器研究機構とともにすすめています。2011 年

反陽子の磁気モーメントを精密に測定する実験を、理化学研

度から装置の設計・製作を行ってきましたが、2017 年度には究所やドイツのマインツ大学らと共同で行っています。2017にはゼロ磁場中での分光実験を行い、統計量としては世界記

年には 10 億分の 1 に迫る精度での測定に成功し、世界記録を録を更新できる分のデータ収集を行いました。現在はこのデ更新しました。この結果はマインツ大学のグループによる陽ータの解析を行うとともに、磁場中での分光実験に向けた準子の磁気モーメントの精密測定の結果と合わせて、ハドロン備を進めています。また、同じ測定装置を用いて負ミュオン

系でもっとも精度の高い CPT 対称性の検証実験となっていまが電子を置き換えたミュオニック原子の分光なども検討してす。現在は、さらにこの精度を上げるべく、トラップされたいます。

反陽子の新たな冷却方法を開発しています。また、同じ測定大量に作られたミュオニウム原子から質の高い低エネルギ装置を用いて、反陽子の荷電質量比や反陽子の寿命の直接測ーミューオンビームを作り、ミュオンの異常磁気能率を精密定も行われ、どちらもこれまでの世界記録を大きく更新してに測定する実験の計画も進めています。

います。

ミュオニウム原子を用いた化学反応の研究
ミュオニウム原子の超微細構造の分光実験

ミュオニウム原子（ミューオンと電子からなる原子）は水

量子力学の授業で習う通り、水素原子のエネルギー準位の素原子の軽い同位体と考えることができます。同位体とは質測定と理論計算は量子力学と場の量子論の発展に大きな役割

量が異なる「同じ」元素のことですが、その質量の違いによを果たしてきました。現在、水素原子のエネルギー構造は非って化学反応の様子はわずかながら異なります。水素原子の常に高い精度で測定されていますが、原子核である陽子の大およそ 1/7 の重さしかもたないミュオニウムは、こうした同きさとその内部構造が分からないために厳密な計算が難しく、位体効果を研究するすぐれたプローブで、特に、ゼロ点振動

実験値との比較は難しい状態です。

やトンネル効果が重要となる化学反応の研究でその威力を発

ミュオニウム原子（ミュオンと電子からなる原子）は正電揮します。

荷をもったミュオンが陽子の代わりになっている水素状原子

現在、理化学研究所、TRIUMF 研究所と共同で、パルスミュ

です。ミュオンは電子と同じく大きさと内部構造をもたないーオンビームの特徴を生かして、レーザーによって励起されため、理論計算が比較的容易です。そこで、私たちはこのミた水素分子とミュオニウム原子との化学反応速度の計測を目ュオニウム原子のエネルギー構造を精密に測定し理論値と比

指し、イギリスオックスフォード近郊にある理研 RAL ミュオ

較することで QED の精密検証や、新粒子の探索等を行おうとン施設で実験準備をすすめています。

考えています。
東海村に日本原子力研究機構と高エネルギー加速器研究機
構が共同で建設した J-PARC は世界最高強度のミュオンビー

主な原著論文
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)

学生へ一言

私たちの研究室は国内外のさまざまな研究機関と協力しながら、加速器を用いて作られる粒子を使って基礎物理から応用まで幅広く研究をすすめています。自然界の法則を新しいプローブを使って探求しようという意欲を持った方、海外の研究所で最先端の実験をしたい！という方、新しい研究室を一緒に作っていこう、という方を歓迎します。ご気軽にご連絡ください。

Condensed Matter Physics 前田研究室
量子凝縮の物理学：実験ったことを自ら確認することに成功しました（次頁上図）。(B)
また，鉄系超伝導体では，この物質の最も特異な部分を代表する特徴的素励起（ディラック粒子）のダイナミクスの発見にも成功しました．(C) トポロジカル超伝導体周辺で新超伝導体を発見しました。

超伝導薄膜・ジョセフソン接合を用いた研究前田 京剛 教授

前項で触れた最近話題の新高温超伝導物質ですが，上記のような我々の得意とする手法でアタックするためには，最高前田京剛 教授 Atsutaka Maeda, Prof．

級の薄膜試料が必要です．ここ２－３年ほどの研究で世界最鍋島 冬樹 助教 Fuyuki Nabeshima, Assist．Prof．

高品質の薄膜が作製できるようになり（最多引用論文 10 選に選

Prof．

ばれる），超伝導発現機構解明に重要な情報を与える研究を世界に先駆けて行っています．今年は，いよいよ人工超格子の量子凝縮ワールドへのいざない
トランジスタの発明・超伝導の発見など，物性物理が我々の生活にもたらしている恩恵は測り知れないものがあります．
物性の主役はいうまでもなく電子ですが，20 年ほど前にようやく高温超伝導が発見されたように，物質中の電子の振舞の奥深さは我々の予測をはるかに超えています．なかでも，マ作製や，ジョセフソン接合（超伝導トンネル接合）を作製し，さらなる高温超伝導化を目指します。
（次頁左図）

物性物理学における新しい高周波計測技術（マイクロ波～
ミリ波～テラヘルツ波）と高周波顕微鏡の開発

クロな数の電子が量子力学の世界を具現する量子凝縮現象は上述の様に，物理学あるは自然科学の研究では，新しい計

その頂点ともいえるでしょう。前田研究室では「量子凝縮ワ

測手法の開発と新しい科学の発見は互いに車の両輪のようなールドを解き明かす」をキーワードに，ここ数年では，以下関係にあります。我々の研究室では，直流からテラヘルツ領のテーマに中心的に取り組んできました．

域までの電気伝導度スペクトロスコピーが可能です．このようなグループは世界的に見ても稀で，マイクロ波からテラヘ
ルツ波までの高周波物性計測に関して，世界でも数少ない重新高温超伝導体の研究
量子凝縮のなかでも最も有名な現象が超伝導現象です。特に，「今世紀最大の発見」「物性物理学への挑戦」と言われた
銅酸化物高温超伝導体も発見されてから 25 年以上が経過しますが，未だにその発現機構を正確に理解するには至っていません．また数年前には全く新しい高温超伝導体（鉄系超伝導体）が発見されましたが，銅酸化物超伝導体との対照的な要拠点を形成しています．最近では，マイクロ波顕微鏡の開発にも着手しました．これにより，最近話題の多くの物質の物性理解が飛躍的に進むと期待されます．このように，物性研究の有力なツールとして高周波電気伝導に注目するだけでなく，高周波伝導の新測定技術開発・汎用化も念頭にあり，その研究の一部は，企業との共同研究にも発展しています．

性質が，超伝導研究者に新たなフィーバーを巻き起こしました．さらに最近では，トポロジカル超伝導体と呼ばれる，こ来たれ！

れもまた全く新しいタイプの超伝導体の存在の可否が実験的

我々の研究分野では，物理の好きな人，メカいじりの好きに大論争になっています。我々は，これらの新超伝導体につな人はもちろん大歓迎ですが，そうでなくとも，さまざまないて， (1)新超伝導体の開発 (2)発現メカニズムの解明(3)

活躍の場が用意されています。たとえば，結晶作製に特異な新しい現象の探索 (4) 応用への礎造りのいずれの切り口

才能を示す人も世界中のヒーローになれます。イッチョ，何からも研究を行っています。実験研究室として，手法面では，

かやってやろうという人，ぜひ覗いて見てください。物性研

マイクロ波・ミリ波領域の電子物性測定を主要な武器として，究の発展史を振り返ると，従来の枠組みにとらわれない広い

独自の計測手法を開発しながら研究に取り組んできました．

視点の物質・物理感が必要不可欠なことは明白です．ニュー

以下でいくつかを挙げると，(A) マイクロ波を用いた超伝
導の前兆現象（超伝導ゆらぎ）の研究から，高温超伝導メカ
ニズムに関する重大情報を世界に先駆けて提供することに成功しました（注目論文に選ばれる）．最近では，更なる高周波数化に挑み，テラヘルツ波領域の伝導度測定システムを新たに建設し(次頁上図)，上述のマイクロ波測定からの推論が正しか

エイジの意欲的な学生諸君の参加を待っています！！

http://maeda3.c.u-tokyo.ac.jp/
連絡先(電話番号は 03-5454-を最初に付ける)
教授 前田京剛 16 号館 602Ａ号室 TEL -6747
cmaeda (at) mail.ecc.u-tokyo.ac.jp
助教 鍋島冬樹 16 号館 611 号室 TEL -6763
nabeshima (at) maeda1.c.u-tokyo.ac.jp

(上) THz スペクトロメーターと超伝導ゆらぎ(左) PLD 法を用いた成膜システム(右) 研究室メンバー

修士論文・博士論文の題目例
マイクロ波伝導度スペクトロスコピーを用いた高温超伝導体における超伝導ゆらぎの研究
超伝導体の磁束量子のダイナミクスを用いた摩擦の物理の研究

主な著書
1)

前田・加藤：“物性物理学演習” (吉岡書店, 2006)

2)

内野倉・前田・寺崎：“高温超伝導体の物性”（アドバンストエレクトロニクスシリーズ，培風館，1995）

3)

内野倉・前田：“擬一次元物質の物性”（物理学最前線 28，共立，1991）4)

前田京剛：“高周波測定”（実験物理学講座 11 輸送現象測定 第 2 章，丸善，1999）

最近の主な原著論文より
Nanoscale friction: kinetic friction on magnetic flux quanta and charge-density wave"; A. Maeda et al.,: Phys. Rev. Lett. 94 (2005)

1)

077001/1-4, also D. Nakamura et al.,: J. Phys. Condens. Matter. 22 (2010) 445702/1-7 (IOP select に選ばれる)．
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 に選ばれる)．

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 年 APEX most cited 10 papers に選ばれる)

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 -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.

学生へ一言
諸君の人生に一度しかない非常に大切な若いとき！今，情熱を注いで打ち込めるものがあれば，きっと充実した人
生になるでしょう．超伝導の研究はそういう魔力をもっています．

研究室のメンバーより一言
前田研は，最初に個人の興味に配慮された研究のきっかけとなるテーマを先生からもらった後は，ほとんど自由に研究ができる環境が整っています．自分で得た成果を国内外の学会で自ら発表し，さらに論文も執筆します．初めて学会で発表したときの感動，初めて自分の成果が学術論文として出版されたときの感動は今でも忘れられません．セ
ミナーや輪読など，研究遂行上で必要な基礎学力をつける環境も整っています．研究室のメンバーは皆仲がよく普段は一緒に，食事したり，飲みに行ったりしますが，研究に関しては，時に厳しく，言い合う環境もあります．超伝導，物性物理に興味のある人，実験の好きな人，ぜひ前田研で一緒に研究しましょう！前田先生のブログもご参考に．
。

深津研究室Photonics/Applied Quantum Physics
フォトニクス・応用量子物理学

じ、トポロジー効果を駆使して、前例のない可視光サブバ
ンドレーザーや真空紫外単一光子源等を目指します。

【 光物理からシリコンレーザーまで 】

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。

晋教授 Susumu Fukatsu, Prof.

神野莉衣奈 助教 Riena Jinno, Assist. Prof.,
物質を科学する物性物理学。光量子を操るのが量子光学。
そしてこれらの学理を融合するのが応用量子物理学です。
我々は、この応用量子物理を駆使して光が主役の物質との新しい協奏関係に斬り込みます。これがフォトニクスです。
研究のターゲットは、日常環境で顕在化する量子効果や新しいデバイス機能です。時には専用の装置が必要ですが、これらを実現することも重要な研究のターゲットです。

2.0
1.2

1.6

【 半導体薄膜の結晶成長ー不安定な世界は生産的 】

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。
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。
今や物理屋でも物質は「自炊」するのが当然の時代です。
物質の性能はほぼ設計で決まります。量子現象や非古典効果の舞台である物質も原子の配列次第です。一般的に、未知の性質の多くは、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、また制御するかがキーです。
近年、原子層物質に注目が集まっています。一方、表面・界面のエッジ状態が関与するトポロジー効果も重要です。
我々は、これらの３次元化、ヘテロ構造の実現を試みています。このためには熱的不安定性の解消に加えて薄膜は２次元との既成概念の突破が必要です。スピン軌道結合が強く、つねに表面に滞在して３次元エピ成長を支援する新物質の発見を目指しています。
一方、ワイドギャップ半導体は物性物理の未開拓分野です。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も通用しません。我々は、準安定相の制御を通
(i)

(ii)

[001]

X

[110] [110]EX

バレ ー間散乱(運動量緩和)1.8
1.0

ENERGY (eV)深津とくに LED のように光を発生することは大の苦手です。
注入型シリコンレーザーは有史以来の人類の夢ですが、時流のシリコンフォトニクスはこれをもって完成します。
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。
相互作用制御は同族ゲルマニウムの発振が鍵を握です。
そのままスピン LED・レーザーに直結する点が魅力です。
電子ラマン散乱とバンド端の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伝導帯のバレー間散乱です。
バレー毎に異なるスピン偏極などの効果をもたらします
が、超高速現象のため詳細は未解明でした。そこでスピン
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容解明とデバイス機能制御に挑みます。

1.4

-0.1

Г →{X, L}→{Γ,X,L}

バルク 表面間散乱②③④k// (Å-1)

熱浴と の平衡化①②

エ0.0
ネルギー緩和0.1
X-to-Lバレ ー間散乱

E

CBM

表面緩和

k

(Å-1)

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）

物性の理解の深化は、デバイ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極的に新物質の光物理やフォトニクスに斬り込んできました。
たとえば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
での蛍光アップコンバージョンなどです。
シリコンレーザーにいっそう肉迫する有力なアプロー
チとして励起子ポラリトンの検討を始めました。すでに有機分子を使って大きな真空 Rabi 分裂とボース凝縮相からの反転分布のないレーザー発振を確認しており、これをゲ
ルマニウム、シリコンに適用するための技術改良を加えています。さらにポラリトンの室温超流動、量子化渦制御によるデバイス機能を検討します。

【 量子物理からポータブル非古典光源まで 】
Si

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）

量子エンタングルメントは、非古典性の現れの象徴です。
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。

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

単一光子やスクイーズド光の特異性は、通信・情報処理で威力を発揮しますが、従来、研究室レベルに留まりました。
我々の野心は、これらをフィールドへ持ち出すことです。
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。

【 ゴーストプロトコルによる物理計測まで 】
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。

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
れらを可能にする光技術です。光束が２経路に分かれ、光路１にはスリットと全検出型の検出器１、他の光路には２次元カメラを置きます。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像や回折フリン
ジを呼び起こせます。実体がないので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して擾乱を透明化してしまう信号・情報伝送法の開発を目指しています。

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

修士課程 3 名
学生諸君へ一言・ "これはできそうもない"と思ったらチャレンジせよ.「自分ならできるかもしれない」との期待感は重要.
・

何かをやろうと思った時は, 世界で同じことを考えている人があと３人はいる.

・ "すごいこと”を目指すならば、まずは"普通のことができること”を目標にせよ.

Physics

上野研究室

薄膜・界面の電子物性

電場誘起による新しい超伝導体の開発
超伝導体は極低温でエネルギーの消費なしに電気を流せる材料であり、環境・エネルギー問題を解決する切り札として期待されています。我々は新しいトランジスタ素子である電気二重層トランジスタを用いることで絶縁体への超伝導の電場誘起に初めて成功し、さらにこの手法を応用することで新しい超伝導体を発見してきました。現在、さらに新しい超伝導体を発見すべく研究を進めています。
上野和紀 准教授

最近の新規超伝導体開発のスタンダードといえるのが電気を流さない絶縁性母材料に不純物を混ぜる「化学ドーピング」の手法です。銅酸化物高温超電導体やフラーレンなどの多く

上野 和紀 准教授 Kazunori Ueno, Assoc. Prof.

の超伝導体が発見されています。しかし、この手法では化学的に「ドーピング」に適した材料でしか超伝導体を開発でき

我々はシリコンなどの半導体で実用化されている電界効果ト
ランジスタという電子デバイスを凝縮系の電子物性研究と組み合わせることで、薄膜・界面に新しい電子機能を発現させる研究に取り組んでいます。今までの凝縮系の物性研究では物質の化学組成を変化させるとともに、温度や圧力といった外場による物性制御が行われてきました。我々はトランジス
タを用いることでキャリア濃度や静電場などといった新しい
制御パラメータを物性研究に持ち込み、新しい材料開発や新規機能をもつデバイスの実現などを目標に研究を行っていきないということが欠点でした。私の電場誘起キャリアドーピ
ングの手法では物質の化学的な性質によらずキャリアを作り出すことができます。実際、我々の発見した超伝導体 KTaO3
は従来の化学的な手法では超伝導にならない材料でした。現在は銅酸化物薄膜や鉄系超伝導体 FeSe, 層状物質など幅広い物質系に研究を展開しています。この研究は物性研究、材料研究、電子デバイス開発という３つの分野にまたがった困
難なものですが、新しい超伝導体の発見にはそれだけの価値があると考え、研究を進めています。

ます。

スピントロニクスへの電界効果デバイスの展開
電子回路の消費電力は真空管からバイポーラトランジスタ、
そして現在の CMOS 型電界効果トランジスタへと世代が変わるにつれて劇的に減少し、現代の情報化社会をもたらしました。この省電力化は電界効果(コンデンサへの電荷蓄積)とい
う電力消費のないスイッチング手法によって実現したものです。一方、現代のパソコンの省電力化で大きな問題になっているのがハードディスクです。可動部が多いこと、電磁石を用いた古典的な方法で磁気記録を行っていることの両面から電力消費が大きな問題となっています。この問題を本質的に解決する手法として、物質のスピンを電子的に制御するスピ
ントロニクスが注目されています。

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

400mm

連絡先 (電話番号は 03-5454-を最初に付ける)准教授 上野和紀 16 号館 222B 号室 TEL -6521
ueno (at) phys.c.u-tokyo.ac.jp

電気二重層トランジスタ素子。中央部に水滴のように見える電解液と酸化物薄膜の界面に電場誘起超伝導が起きる

助教

片山裕美子 3 号館 107 号室 TEL -6559
katayama (at) phys.c.u-tokyo.ac.jp

エネルギーをほとんど消費せずに磁気的性質を変化させることができます。我々は HDD で良く使われる Co の超薄膜でも電界効果による磁気物性の変化をとらえています。さらに、強磁性を示さないとされてきた Pd,Pt などに強磁性を誘起することも実現しつつあります。こうした研究を応用し、スピンを制御するデバイスを作りたいと考えています。

薄膜による大面積単結晶の作製とデバイス構築
電子デバイスを用いた物性研究の基礎になるのが高品質の単結晶薄膜の作成技術です。半導体産業では数十 cm の半径のシリコン多結晶が工業的に生産され、基板として用いられてヘリウム 3 冷凍機。0.3 K の極低温と 8T の高磁場により超伝導や磁性の評価を行う

います。我々はこうしたバルク単結晶をつくるのが難しい物
質へも研究対象を広げるため、パルスレーザー堆積法(PLD 法)により 1μm 以下の厚さの薄膜の形で単結晶を作製していま

たとえば金属の強磁体では原子の電子数が増えるとともにす。この手法はターゲットの組成をそのまま薄膜へ転写する

強磁性を示すキュリー温度が大きく変化することが知られてことができるため、酸化物超伝導体、半導体など複雑な組成います。このような物質にトランジスタを組み合わせれば、をもつ物質でも単結晶が作製可能です。薄膜新材料をトラン
ジスタにすることで今までになかった物性を引き出します。

主な原著論文1)"Transport properties around the metal-insulator transition for SrVO3 ultrathin films fabricated byelectrochemical etching", H. Okuma, Y. Katayama, K. Otomo, K. Ueno,Phys. Rev. B 105, 045138 (2022)

2)"Ambipolar transistor action of germanane electric double layer transistor", Y. Katayama, R. Yamauchi, Y.
Yasutake, S. Fukatsu, K. Ueno, Appl. Phys. Lett., 115, 122101 (2019)3)"Electric field control of magnetic anisotropy in a Co/Pt bilayer deposited on a high-κ SrTiO3",
S. Nakazawa, A. Obinata, D. Chiba, K. Ueno, Appl. Phys. Lett., 110, 062406 (2017).

4)“Electrically-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).

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

研究室のメンバー

修士課程 5 名(出身大学：東京大学、東京工業大学、早稲田大学)
学生へ一言

上野研は世界にない新しい物質を作る、新しい現象を発見したいという若い力を求めています。
綺麗な薄膜が作れた！という小さな喜びから、超伝導でゼロ抵抗が見えた！という大きな喜びまで、日々の研究は楽しみに満ちています。ひとつひとつ手を動かして実験し、研究の楽しさを積み重ねることが大きな発見につながります。
いままでの学生たちも薄膜づくりや半導体物性を全く知らない状態から勉強し、実験を重ね、学会発表をしていくことで、卒業するときには一人前の研究ができるようになっています。物理学だけ
でなく材料化学や電子工学など広いバックグラウンドから意欲のある方を歓迎します。

Physics

塩見研究室

トポロジー・磁性・スピントロニクス
トポロジカル・スピントロニクスおよび 2D スピントロニクス
トポロジーは、もともと数学の一分野ですが、最近では物質科学の分野でも重要な概念であることが指摘されています。
最も代表的な例が、トポロジカル絶縁体を始めとするトポロジカル物質です。トポロジカル物質においては、電子のスピン自由度と電荷自由度が強く結合しており、超高効率なスピ
ントロニクス素子が実現可能であると言われています。スピ
ントロニクスは固体中の電子が持つ電荷とスピンの両方の自由度を工学的に応用する分野であり、次世代エレクトロニク
スの基盤技術として期待されています。我々は、トポロジカ
塩見雄毅 准教授

ル物質のスピントロニクス応用に関して先駆的な成果をあげており、世界的にも評価されています。最近では遷移金属ダ
イカルコゲナイドのような層状構造をもつ 2 次元物質でのト

塩見 雄毅 准教授 Yuki Shiomi, Assoc. Prof.

ポロジカル現象にも着目し、輸送現象や光学応答の観点から
スピントロニクス基礎研究を行っています。

塩見研では物質の磁気的性質（磁性）・トポロジーに注目して、磁性体における物性物理学の実験研究を行っています。物質
試料の合成から物性計測まで一貫した研究を行うことで、世界で誰も見たことのない新現象の開拓に挑んでいます。永久磁石を代表例とする物質の磁性は、物性物理学において最も歴史の長い分野の一つであるに加えて、スピントロニクスとして応用物理学上も重要な分野です。新しい物理現象の開拓

物性物理学において、トポロジカル物質や 2 次元物質の積層によるファンデルワールスヘテロ接合超格子は世界的に盛んに研究されています。その中で我々は 2 次元物質において電子系のみならずスピン波（マグノン）におけるトポロジカ
ル現象の開拓も世界に先駆けて達成しています。このように
塩見研では幅広い視点から、トポロジカル・スピントロニク
スおよび 2D スピントロニクスの研究を行っています。

が実用にまでつながるような優れた研究成果を生み出すことを大きな目標にしています。

【トポロジカル絶縁体】トポロジカル絶縁体の表面はスピン流が流れており、スピントロニクス応用が期待される。

磁性金属における磁気圧電効果の研究
圧電効果とは、特定の種類の物質材料に圧力を加えて歪みを生じさせることで、電圧が発生する現象をいいます。身近な応用としてライターの着火石があり、圧力を加えて高電圧を発生させることでガスに着火しています。圧電効果はセンサーやアクチュエーターなどの電子機器にも利用されておりエレクトロニクスにおいて重要な物理現象ですが、主流であ【磁石（磁性体）の応用と基礎】（上図）磁石の応用の例。(下図)電子スピンとスピンホール効果。電流により磁気の流れである「スピン流」が生成される。

https://yukishiomi.com/
連絡先 (電話番号は 03-5454-を最初に付ける)准教授 塩見雄毅 16 号館 622 号室 TEL -6742
yukishiomi (at) g.ecc.u-tokyo.ac.jp

る圧電効果材料は有害な鉛を含んでおり、環境負荷の低減のと磁性を合わせ持った複合機能材料の開発が可能となり、スために鉛フリーの圧電効果材料開発が熱望されています。

ピントロニクス応用も期待されます。基礎物理学的にも、磁我々は、これまでの圧電効果研究で見逃されていた磁性金

気圧電効果はトポロジー効果や奇パリティ多極子など最新の属に注目し、物理的に新しい圧電応答である磁気圧電効果を物性物理学における重要キーワードとも関連することが指摘

世界で初めて観測しました。物質材料が金属である場合には、されており、今後の研究発展に期待がもたれます。

圧電効果により生じた電気分極は、動き回る多量の電子により通常は打ち消されてしまいます。そのため金属材料は圧電効果を発現しないと考えられてきました。我々は物質の磁性を利用することでこの常識を打ち破り、鉛フリー圧電効果材料開発の新しい設計指針を提示しました。
理論提案によれば導電性がよいほど圧電性能が上がると期待されるため、従来は圧電特性との共存が難しかった導電性

その他（新物質の合成、超伝導体などとの接合試料の合成、数値計算による解析、分野横断的試み）
塩見研では、学生の興味に応じて研究テーマを選択できます。例えば、主な実験手法として試料合成を行うか、物性計測を行うかの選択が可能です。試料合成においては、バルク
物質試料、薄膜試料、ナノワイヤ試料などの新しい物質試料の合成を行い、磁気物性の研究やスピントロニクス応用を目指します。また、ファンデルワールスヘテロ接合などの手法
により、超伝導体などのエキゾチック物質と磁性体を接合した複合磁性体物質の開発も行っています。物性計測においては、磁気輸送現象測定、圧電効果測定、スピン流計測、磁気
光学イメージング測定などが現在進行しているテーマです。
物性理論研究室との合同ミーティングや異分野の理論研究
者との議論も活発に行っています。塩見研でも、計算用パソ
コンを用意し、バンド計算やマイクロマグネティクス計算に【磁気圧電効果】磁気圧電効果を使うことで、圧電性・磁性・導電性を併せ持った複合機能材料が生まれる。

よる数値計算に基づく実験結果の解析も行っています。
塩見研は、各メンバーの興味や自主性を大切にし、幅広い研究テーマを扱いたいと考えています。学生からの分野横断的な creative なアイデアも歓迎します。

主な原著論文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)“Spin 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)“Enhancement of Current-Induced Out-of-Plane Spin Polarization by Heavy-Metal-Impurity Doping in Fe Thin
Films”, T. Yokouchi and Y. Shiomi, Phys. Rev. Applied 16, 054001 (2021)

4)“Reconfigurable single-material Peltier device consisting of magnetic-phase junctions”,
K. Nakagawa, T. Yokouchi, and Y. Shiomi, Sci. Rep. 11, 24216 (2021).

研究室のメンバー

修士課程 2 名, 博士課程 3 名(出身大学：東京工業大、東京大、東京理科大、早稲田大など)

学生へ一言

研究活動は新しいことの達成を目指すのですから、挑戦の連続です。挑戦すれば、たくさんの失敗をします。失敗したら当然つらいですが、あきらめずに試行錯誤して成功までたどり着けば、失敗は失敗でなくなります。挑戦の連続である研究活動にまい進し、それがうまくいったときの喜びを一緒に味わいませんか。

Physics

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
助教 長田有登 10 号館 403 号室 TEL -6118
alto (at) g.ecc.u-tokyo.ac.jp
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。

特任助教 中村一平 10 号館 403 号室 TEL -6118
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？

Physics

久我研究室

量子エレクトロニクス・量子光学
は、1998 年に日本で初めて原子気体 BE 凝縮に成功しました。
その後、コヒーレント原子波増幅、超放射的ラマン散乱などの研究を続けましたが、2011 年に実験装置を他大学に譲渡し、BE
凝縮関係の研究は終了しました。
以上のような、世界的にも「人気のある」研究に限らず、新しい分野を切り開くような研究にも取り組んでいます。
たとえば、より簡便な単一光子源開発や波動光学による量子状態の時間発展の可視化です。前者では、コロイド量子ドットと呼ばれる化学的に大量に合成できる半導体ナノ粒子を用い、非常にシンプルな単一光子源を実現しました。発光の強度相関に現れるアンチバンチング(下図、時間遅れゼロの部分の同時計数がゼロ近くにまで落ち込むこと)が、単一光子源の久我隆弘教授

久我隆弘 教授 Takahiro Kuga, Prof.
竹内 誠 助教 Makoto Takeuchi, Assist. Prof.
量子エレクトロニクスは、レーザーを使って様々な量子現象を観測する研究分野です。その中でも、電磁場(光の場)を量子化して初めて説明できるような現象を研究する分野が量子光学と呼ばれています。
この分野では、コヒーレント状態、スクイーズド状態、エン
タングル状態という光の様々な状態や、バンチング、アンチバ
ンチングなどの光の性質、ポアソン光、サブポアソン光などの光子統計性など、光そのものの本質に迫る研究が進められています。また、周波数、偏光などを高度に制御したレーザーを使って中性原子気体を極低温に冷却する技術、ドレスト原子の分光、電磁誘起媒質透明化、共振器量子電気力学的効果、原子気体ボース・アインシュタイン(BE)凝縮などの、光と原子との相互作用(電磁相互作用)の基本を解き明かす研究も盛んに行われています。私たちの研究室でも、これらの研究を精力的に進めています(太字のものが手がけた/ているテーマです)。
たとえば中性原子のレーザー冷却
は、レーザーの発振周波数や偏光などを高度に制御することで、気体原子をほんの数秒の間に数マイクロケルビン(μK)といった極低温にまで冷却する技術です。写真は、磁気光学トラッ証となっています。より効率的に発光を集めることで、量子暗号通信や量子演算の実現に結びつけることができます。
いっぽう、後者は、近軸ヘルムホルツ方程式(波動光学)とシュレーディンガー方程式(量子力学)とが同型であることを利用したもので、量子状態の時間発展を光ビームの空間伝播
形状変化として可視化するものです。さらに、波動光学におけるウィグナー関数を再構築することにより、通常では実行することの難しい量子光学実験を波動光学で再現します。
また、本学の 1、2 年生向けの基礎物理学実験にも深く関与しており、実験指導を担当するばかり
でなく、新種目開発なども行っています。右の写真は、コンピュー
ターをベースにした減衰振動・強制振動の実験装置です。

プという手法でルビジウム(Rb)原子を 50μK 程度まで冷却した様子で、中央のオレンジ色の塊が冷却された Rb
原子集団です。
また、レーザー冷却された中性原子を磁場中に捕獲し、蒸発冷却という手法でさらに冷却すれば、原子気体 BE 凝縮という量子縮退した状態を作り出すことができます。当研究室

http://kuga-lab.c.u-tokyo.ac.jp/
連絡先 (電話番号は 03-5454-を最初に付ける)教授 久我隆弘 16 号館 223B 号室 TEL -6530
kuga (at) phys.c.u-tokyo.ac.jp
助教 竹内 誠 16 号館 121 号室 TEL-6550
takeuchi (at) phys.c.u-tokyo.ac.jp

修士論文・博士論文の題目
・ 光の空間的自由度を利用した量子光学実験の再現
・ 半導体ナノ粒子が放出する単一光子の強度相関とスペクトル・ 光ナノファイバーを用いた分光系の開発
・ 単一原子観測に向けたナノファイバーリング共振器の作製
主な著書
1) “測る”を究めろ ! ——物理学実験攻略法、(丸善 2012).
2) 量子光学(朝倉書店 2003).

3) レーザー冷却とボーズ凝縮、岩波講座「物理の世界」(岩波書店 2002).
主な原著論文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).
学生へ一言
当研究室は「一人一芸」をモットーにして、大学院生一人に一つのテーマを割り振り、各人の創意や工夫を尊重した形で研究を進めております。もちろん、修士課程の 1 年生にいきなり研究テーマを与えても、最初は何をどうしてよいのかも分からないでしょうから、まずは実験的な技術や理論的な背景などの基本的な部分をみっちりと教育します。そして、院生と教員との間でさまざまな意見を交わした上で、院生自身が納得し、主体的に取り組んでいけるような題材を研究テーマと定めます。
私の最大の役割は、大学院生が自由に研究を進めていく環境を整えることですので、既存の枠にとらわれない自由な発想と意欲のある人は大歓迎です。

Physics

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
2.

電子回路研究会

ECT－18－060-1-6 (2018).

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
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

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。

https://www.sakai-lab.jp/
連絡先 (電話番号は 03-5454-を最初に付ける)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る 技 術 こ そ が 、 言 語 脳 科 学 の 発 展 の 鍵 で あ る 。 fMRI
（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。

教授 酒井 邦嘉 16 号館 711 号室 TEL -6261
kuni (at) sakai-lab.jp
助教 梅島 奎立 16 号館 701 号室 TEL -4927

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
新たな言語の獲得における多言語話者の統辞関連領域で増進した脳活動
音楽経験に関係した音楽的エラー依存の脳活動
第二言語でのリスニング・リーディング課題解答時の脳活動の分析
マンガを用いた色認知に対する脳活動

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)

5)

脳とＡＩ－言語と思考へのアプローチ（中公選書，2022）

主な原著論文1)

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

2)

Umejima, K., Ibaraki, T., Yamazaki, T. & Sakai, K. L.: Paper notebooks vs. mobile devices: Brain activation differences
during memory retrieval. Front. Behav. Neurosci. 15, 634158 (2021).

3)

Umejima, K., Flynn, S. & Sakai, K. L.: Enhanced activations in syntax-related regions for multilinguals while acquiring
a new language. Sci. Rep. 11, 7296 (2021).

4)

Sakai, K. L., Oshiba, Y., Horisawa, R., Miyamae, T. & Hayano, R.: Music-experience-related and musical-errordependent activations in the brain. Cereb. Cortex. DOI: 10.1093/cercor/bhab478 (2021).

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、脳に刻まれた言語や音楽の規則性です。

Biophysics

澤井研究室

生命システムの物理学
量子現象・ＴＨｚフォトン検出

写真

澤井哲

教授

z

澤井哲 教授 Satoshi Sawai, Prof.
島田奈央 助教 Nao Shimada, Assist Prof.

当研究室では真核細胞における複雑で動的な性質に着目し、非平衡系の物理学と非線形動力学の視点から細胞の生き生きとした状態と巧みさの理解を目指している。細胞間シグナリ
ング、細胞運動、細胞分化を、力学系理論に根ざした計測と解析を行い、そのための分子遺伝学的な手法、可視化技術、測定系の開発を進めている。具体的には、細胞性粘菌や動物の培養細胞系を題材に、自己組織化ダイナミクスに注目し、その定量的測定と構成的操作を行っている。また、解析のために必要な微細加工基盤、微小流路系などのマイクロデバイ
ス開発、光遺伝学的手法の応用も行っている。

自発的運動、走化性運動の定量的・構成的理解と操作
アメーバ状細胞の運動形態は粘菌細胞だけでなく、ヒトの好中球（白血球）やガン細胞などにも広くみられ、その分子的機構の多くも進化的に保存している。自発的変形では、アクチンの高密度フィラメントの形成が自己組織的に生成と消滅を繰り返し、進行波として細胞膜の裏打ちを伝播する 。この波が細胞先端に到達すると、細胞膜が押し出される。波の形状や、出現機構、摂動に対する変化などの動的性質の定量的測定、解析、数理的モデル解析を行っている。細胞骨格系の時空間ダイナミクスと細胞の複雑な形状の関係を定量的な解
析と構成的な操作を通して、アメーバ状細胞の運動の基本的細胞集団の自己組織化の定量的・構成的理解と操作な性質と原理の解明に挑戦している。
また細胞は誘引性物質の濃度の時間的、空間的変化を検

真核細胞の集団では、走化性と細胞間シグナリングとが巧み知することで動く方向を決めている。微小流路内の層流形成に組み合わされ、細胞組織が形成される。その典型例である

によって空間的、時間的に誘引物質の濃度を高精度に制御す

細胞性粘菌では、細胞外サイクリック AMP(cAMP)の振動と波る技術によって、人工的に形成した動的勾配について、様々が自己組織的に形成され、細胞はこれを頼りに動く向きを決な時定数と、時間変化、空間変化の符合の組み合わせを検討

定し、集合する。我々は、cAMP の波生成の過程の根幹を担うし、細胞性粘菌が、誘引物質 cAMP の濃度が経時的に増加す１細胞レベルの cAMP リレー応答を、cAMP センサー蛍光タン
パクを用いて定量的に解析している。これまでに、入力と出力間の関係を明らかにしており、細胞集団にみられる振動の起源が、細胞密度に依存した転移現象として捉えられることが明らかになってきている。応答の周波数特性の詳細と、一定刺激に対する適応現象についての理解を深めることで、位相の空間的なパターンの起源、さらには cAMP 振動の力学的知覚（メカノセンシング）依存性についても調べている。

http://sawailab.c.u-tokyo.ac.jp/
連絡先
教授 澤井哲cssawai (at) mail.ecc.u-tokyo.ac.jpjp

る場合のみ、移動するための信号を細胞内に伝達することをたらしているのか、回転がいかにして利用され、３次元形態

明らかにした。また、細胞先端形成を担う Ras の活性化を、につながるのか多くが未解明である。そうした現象の溯源的

レーザー共焦点蛍光顕微鏡測定から定量化と、理論モデルとな例として、細胞性粘菌の集合塊上端の頂端構造の形態形成

比較、解析から、局所的活性化と大域的抑制化で構成されるに注目している。マイクロ流体デバイスによって走化性誘引

フィードフォワード型の反応ネットワークが測定される振る物質の濃度勾配を制御し、細胞間接触と走化性によって誘起

舞いのほとんどを無矛盾に説明できることを示している。こされる運動の連動を調べ、さらに光シート照射型顕微鏡にようした性質の普遍性を免疫系細胞などでも検証している。

って、隔離した細胞間の接触運動や、組織中の細胞運動の３次元イメージング解析をおこなっている。細胞の運動規則を細胞の集団的運動、分化のダイナミクス

表現した数理モデルと実験の相互検証を通じて、元々バラバ

細胞集団における３次元形態の新生においては、細胞間接触ラであった細胞から３次元の形ができる原理の理解を進め、によって誘導される細胞の一方向的な運動、さらにそこから動物発生における接触依存的な細胞運動や回転運動をも視野出現する集団的な回転運動が知られているが、走化性などのに入れた一般的な定式化を通じて、基礎的で溯源的な性質が他の要因とあわせて接触依存性がどのような変形や運動をも浮かび上がらせたい。

修士論文・博士論文の題目「アメーバ状細胞の自発的運動を駆動するイノシトールリン脂質自己組織化波の定量的解析とモデル推定」「粘菌細胞における適応的サイクリック AMP シグナリングの生細胞解析」

主な著書
1)

澤井哲 et al 「興奮系の自己組織化現象からみる細胞動態」 実験医学 31(8) 1217-1223 羊土社 2013 年 4 月号.

2)

澤井哲 「微生物の集団的な振る舞い」 『理論生物学 – 生命科学の新しい潮流』（望月敦史・編） 共立出版 2011 年

3)

澤井哲 「パターン形成リズムのデザイン」 細胞工学 30(12), 1262-1267 秀潤社 2011 年

4)

澤井哲 「粘菌の cAMP 振動と波」 細胞工学 26(7), 759-765, 秀潤社 2007 年

主な原著論文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. Taniguchi‡, S. Ishihara‡, 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. (‡ 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.

学生へ一言
一緒に細胞の不思議に挑戦しましょう。物理と数理としての興味と生物としての興味が密接に交差する研究室です。

Biophysics

若本研究室

生と死の生物物理学

写真

若本祐一教授

若本祐一 教授 Yuichi Wakamoto, Prof.

生物は栄養飢餓やストレス物質、放射線への曝露など、生命の維持が脅かされるような環境においても、しぶとく適応しまた、パーシスタンス現象は、抗ガン剤を投与されたガン

生きつづけるという、驚くべき柔軟性とレジリエンスを備え細胞集団でも起こることが分かってきています。このことは、ています。そもそも、生物はなぜ適応できるのでしょうか？

ガン細胞が、抗ガン剤などの薬剤に対して耐性を獲得してし我々は、微細加工技術、顕微観察技術、理論モデル、データ

まうことと関係していると考えています。実際我々の研究で解析、分子生物学、遺伝学、進化学などの専門知識、技術をも、白血球系ガン細胞集団の中に、分裂頻度がことなる細胞フル活用しながら、生と死のはざまで起こる、細胞の状態変系列が現れ、好環境であまり分裂しない細胞系列は、抗ガン化、ふるまい、生存競争（自然選択）、共生関係の進化などの剤投与下で長期間生き残りつづけることを見出しています。

背景原理の解明を目指した研究をおこなっています。

本来致死的な薬剤に対してバクテリアやがん細胞が耐性を獲得するメカニズムについて、遺伝子発現の揺らぎや、表現型

パーシスタンス現象と細胞の表現型適応原理
バクテリアなどのクローン集団を、抗生物質などの致死的多様性との関係を軸に調べています。

細胞系譜の統計理論

なストレスにさらすと、大多数の細胞がすみやかに殺される

細胞集団内の個々の細胞は、たとえ同じ遺伝情報をもって一方で、一部の細胞がなぜか長い期間生き残る「パーシスタ

いたとしても、遺伝子発現状態をはじめとする何らかの状態

ンス」という現象が一般的に観察されます。この現象では生に差があります。そしてこのような状態差は、ときに細胞の

き残る細胞と死ぬ細胞のあいだに遺伝情報の差がないことが成長速度や死にやすさに影響を与え、その個体が残せる子孫

分かっています。遺伝的に均質な細胞集団内になぜこのよう細胞数に差が生じます。その結果、集団内で「自然選択な生存能の差が生じるのでしょうか？

(Selection)」が起きます。

ひとつの結果として、あるバクテリアのパーシスタンス現
象では、活性酸素の除去に関わる酵素の発現が確率的に起こることで、細胞の生死運命に差を生じさせていることを我々

http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/wakamoto-lab/は明らかにしました(Wakamoto, et al. Science 2013)。細胞内の遺伝子発現には一般的にゆらぎがあります。このような遺伝
子発現のゆらぎは、パーシスタンス現象の普遍性と深く関係しているのではないかと我々は考えています。

連絡先
教授 若本祐一 16 号館 330
cwaka (at) mail.ecc.u-tokyo.ac.jp

このような集団内の自然選択の発生は、内部の個体に何らかの状態差がある増殖システムでは、不可避かつ普遍的な性質です。そして自然選択は、集団全体で観察される諸量の統計的性質と、細胞が本来もっている内因的な統計的性質とのあいだに差を生じさせます。
我々の研究室では最近、定常的に増殖する細胞集団内の１
細胞レベルの成長ゆらぎを、おそらく世界で最も高い精度で計測し、１細胞時系列と細胞集団の統計量における、一種のエルゴート性の破れを示しました(Hashimoto, et al. PNAS
2016)。また、逆にこの「ズレ」の程度を評価することで、細胞の内因的性質が従う統計量と、それにバイアスをかける自然選択の強度(Selection strength)を定量できる統計理論を作りました(Nozoe, et al. PLoS Genet 2017)。

生きた細胞内で起こるオミクス状態の変化をとらえる
細胞を過酷な環境におくと、内部の遺伝子発現はグローバ
ルに変化します。つまり、細胞の適応は、一部の特定分子の機能のみで実現されるわけではなく、様々な分子の量がダイナミックにリモデリングされることで実現すると考えられます。

な遺伝子発現情報であるトランスクリプトーム情報を、細胞を破壊することなく 取得できることを明らかにしました(Kobayashi-Kirschvink, et al. Cell Systems 2018)。我々は現在この手法を拡張することで、生きた細胞内の網羅的分子情報の時間変化を測定する「ライブセル・オミクス技術」の開発に取り組んでいます。これを用いることで、適応過程で起こる
高次元空間内での細胞状態の変遷をとらえ、そこにかかる拘ごく少数の遺伝子の発現量変化は蛍光タンパク質などを用束や法則を明らかにしたいと考えています。

いることで生きた細胞内でも定量できます。しかし、多数の遺伝子の発現量の時間変動を生細胞内で定量することは、まだ実現していません。

その他にも、各ラボメンバーが独自の研究テーマを進めています。興味のある方はぜひ研究室にお越しください。

我々は最近、細胞ラマンスペクトルから、細胞内の網羅的

主な原著論文1)

Linear Regression Links Transcriptomic Data and Cellular Raman Spectra. Cell Systems, 7, 104-117.E4 (2018).

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

(2013).
学生へ一言
7)

Dynamic persistence of antibiotic-stressed mycobacteria. Science 339: 91-95 (2013).

我々の研究室は、物理や生物、工学など
8) Optimal lineage principle for age-structured populations. Evolution 66: 115-134 (2012).
いろいろなバックグラウンドを持った大学院生やポスドクで構成されていま
9) Multitude of morphological dynamics of giant multilamellar vesicles in regulated nonequilibrium environments.
す。メンバーごとに得意なことは違いまLangmuir 27: 10106-10112 (2011)
すが、メンバー間で教え、教えられということが日常的に起こっていて、
私自身showing epigenetic correlations. Analyst 130: 311-317 (2005).wa10) Single-cell growth and division dynamics
も刺激を受けています。

現在の研究室の構成

若本祐一（教授）、中岡秀憲（助教）、博士研究員 1 名、博士課程学生 3 名、修士課程学生 1 名、学部４年生 1 名、技官 1 名

Bio/Soft Matter Physics

柳澤研究室

生命現象とソフトマターの物理学
量子現象・ＴＨｚフォトン検出倍まで上昇する[2]。また人工細胞中では、タンパク質発現が加速したり、高分子間の相分離が誘発されたりもする。こうした様々な現象は全て、空間を覆う膜界面の効果が膜近傍の柳澤実穂

みならず、空間全体に及ぶことで生じている可能性が高い。

准教授

教授
柳澤実穂 准教授

今後は、この仮説の検証を軸に現象解明を目指す。

Miho Yanagisawa, Assoc. Prof.

また細胞中では、タンパク質などの生体高分子が互いに反応・拡散することで生命活動を営んでいることから、分子の拡散速度は、元気さを表す度合と強く相関すると予想できる。
実際に、エネルギー枯渇や pH 変化により、細胞を一時的に

柳澤研究室では、生体高分子などの柔らかな物質（ソフト飢餓状態とすると、細胞内の分子拡散は低下する。こうしたマター）が細胞スケールのミクロ空間でみせる物理現象の解背景から、細胞内の分子拡散と生体機能とを相関付ける研究

明 (a) と、それを生命現象の理解 (b) やミクロ材料工学へ応が近年活発化してきている。我々は、細胞内の高分子濃度と用 (c) する研究を行っている。具体的には、人工細胞としてほぼ等しい高分子溶液を人工細胞へ閉じ込め、内部での蛍光も汎用されているリン脂質膜小胞（リポソーム）やミクロ液

揺らぎ解析からミリ秒スケールでの分子拡散を評価した。そ

滴を用いて、ミクロ空間が生体高分子の示す分子拡散や構造の結果、高濃度高分子存在下では、拡散速度が細胞サイズ以

相転移、相分離などへ及ぼす影響の解明を目指している。ま下で遅くなることを見出した[1]。この結果は、細胞のもつミたこの知見を、生命現象の物理的理解や、人工細胞を薬物送クロ空間が分子拡散や細胞内活性へ強く影響することを示唆

達システム用カプセルとして役立てる研究も並行して行ってしている。今後は、上記の熱平衡状態だけでなく、エネルギいる。本目的のために、顕微鏡をベースとするイメージング

ー消費や物質輸送を伴う非平衡環境で見られる細胞サイズの技術や粘弾性測定技術、微細加工技術などの開発も行ってい影響についても、研究を行う予定である。

る。専門分野であるソフトマター物理や生物物理は、生物・物理・化学の境界領域にあるため、前提知識や技術は強く求めず、研究室に入ってから学ぶことを通常としている。また、(b) 人工細胞による細胞や組織の形の再現・物理的記述
細胞や細胞組織は、機能に適した形を持っている。こうし研究テーマも多様であり、個人の興味に応じて設定するようた形態制御の基本原理を明らかにすべく、シンプルな人工細に努めている。

胞を用いた研究が進展してきた。例えば、高浸透圧下での脱水や異なる脂質間の相分離に伴い、赤血球やチューブ状とい(a) 細胞サイズに閉じ込められた高分子の拡散・相転移

った実際の細胞にも良く似た形へ変形する。その多くは、熱生物の最小単位である細胞は、1 ~ 100 マイクロメートルの力学的な熱平衡状態として記述できる[5]。しかし、膜のみか大きさを持つ。「なぜ細胞サイズは、ミリでもナノでもなく、らなる人工細胞は、実際の細胞のもつ細胞骨格持たないため、

この長さスケールなのだろうか？マイクロサイズであること

全ての細胞形状を再現することはできない。

が生命維持において重要なのだろうか？」我々は、人工細胞を用いたボトムアップ的研究から、この問いへ挑戦している。
生体高分子を小さな空間に閉じ込めると、その振る舞いはちょうど細胞サイズで変化することを報告してきている。例
えばコラーゲンを熱変性させたゼラチン（ゼリー食品の主成分）を人工細胞中で固体化（ゲル化）させると、バルク系とは異なるナノ構造が出現し、ゲルの硬さは通常のゲルの約 10

https://sites.google.com/g.ecc.u-tokyo.ac.jp/yanagisawa-lab/
准教授 柳澤実穂（10 号館 403A）

myanagisawa (at) g.ecc.u-tokyo.ac.jp

こうした背景から、人工細胞へ細胞内濃度に匹敵するタン(c) 細胞模倣によるミクロ材料創成

パク質溶液を内包した系や、DNA ナノテクノロジー技術を応

上記(a, b) の研究で用いた人工細胞は、生体親和性が高いた

用して細胞骨格モデルを付与した系を構築してきている[3]。

め、医薬品や化粧品の材料としても活用されてきている。例

これらの系では、細胞質あるいは細胞骨格の粘弾性が細胞形

えば、新型コロナ用 mRNA ワクチンではリポソーム型カプセ態を決定するという点で生細胞と対応しており、構造緩和に

ルが用いている。脆弱性克服のために、膜表面は高分子で覆応じた様々な細胞形態の記述を目指している。さらに、マイわれているが、稀にそれが免疫反応を引き起こす問題がある。

クロ流路デバイスを用いることで複数のリポソームを膜接着

我々が研究している DNA 骨格によるリポソームの力学的補させて、細胞組織のような構造を形成することにも成功して

強は、内側にのみ膜を補強する DNA が存在するため、このいる。これより、細胞間の物質輸送や[5]、濃度勾配に応じて問題を克服できる。現在は、DNA の配列を介した力学制御や、自発運動する人工細胞など、生物のような非平衡環境を再現

薬剤放出のタイミング制御に挑戦している。

することも可能である。このように、全ての要素が既知であ

さらに、(a)の知見に基づくミクロ空間を介した高分子材料

る人工細胞を用いた生命機能の再現と記述から、複雑な生命の物性操作や、細胞サイズスケールの小さなソフトマターの現象に潜む基本的原理を明らかにしたい。

力学評価法の提案なども行っている。

主な修士論文・博士論文題目「高濃度溶液と微小体積による細胞内混雑環境の再現から細胞内異常拡散の解明」「DNA ナノテクノロジーを用いた人工細胞の力学制御」「相分離液滴が濃度勾配下で示す自発運動」

主な解説記事1)

柳澤実穂, 藤原慶, 生物物理学会誌 2015 年 55 号 246-249 , 「高分子混雑効果を人工細胞系から読み解く」

2)

黒川知加子, 柳澤実穂, 瀧ノ上正浩, 月刊化学 2018 年 1 月号, 40-43, 「骨格で支えられた頑丈な人工細胞」

3)

冨田一甫, 渡邊千穂, 柳澤実穂, 実験医学 2021 年 39 号, 羊土社「細胞サイズ空間での相分離から細胞内相分離へ」

主な原著論文1)

C. Watanabe, et al., J. Phys. Chem., 124: 1090-1098 (2020) “Quantitative Analysis of Membrane Surface and Small
Confinement Effects on Molecular Diffusion"

2)

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"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"

学生へのメッセージ
生物や細胞を、物質あるいは物理の視点から理解することに興味がある人、生物を構成する物質や物質集合体の性質やその応用に興味がある人は特に大歓迎なので、気軽に研究室見学に来てください。メールで最初に連絡を頂けると確実です。

現在のラボメンバー
本田玄（特任助教），金久保有希（M2），嶋本大祐（M2），原健己（M1），秘書さん，卒研・全学ゼミ等で来ている学部生 3名を含め、合計 9 名で活動しています。

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 自作のハイパーラマン分光装置

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。対象とす

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るのは、水溶液中での水素結合の構造・超高速ダイナミクス、っています。
「分子の指紋」と呼ばれるように、分子構造を鋭溶液や界面における分子や超分子構造が発現するキラリティ

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

ー、溶液中の生体分子の構造などです。

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ことを，研究の軸としています。

溶液中の水素結合の結合・ダイナミクス
水溶液中の水和環境は、これまでに赤外・ラマン分光法を含めたさまざまな分光法による研究が多数行われていますが、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

いまだに未解明な点が多く残されています。当研究室では、これらの既存の振動分光法に加えて、ハイパーラマン分光法という非線形分光法を利用することで、これまで得ることのできなかった溶液中の分子構造・ダイナミクスの情報を得ることを目指しています。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。当研究室では、このハイパーラマン分光法の可能性にいち早く着目し、高効率な分光装置を構築することでさまざまな系への応用を可能にし、これまで得られなかった分子科学的知見を得ることに成功しています。特に純粋な水や、塩の水和環境についての研究を強力に推進しています。

http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/molsp/
連絡先
准教授 奥野将成 16 号館
m 402A
cmokuno@g.ecc.u-tokyo.ac.jpo
図１

研究室での研究対象

kcc.u-tokyo.ac.jp
u新規非線形コヒーレント振動分光の創出
非線形光学過程に基づくコヒーレント振動分光は、強度の大きな信号光を得る手法として近年物理化学のみならず、分析手法として生物・医薬分野でも不可欠な手法となっています。当研究室では、これまでに開発されたコヒーレント振動
分光法を利用するだけでなく、新たなコヒーレント振動分光を創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。
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で、これまで観測できなかった現象や分子構造を「見る」こ

図３

塩酸のハイパーラマン分光＆ハイパーラマンスペクトルとが、研究室のテーマです。

主な著書・総説
1)「ヘテロダイン検出キラル振動和周波発生とその応用」, Molecular Science , 14, A0111 (2020).

2)「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）.

主な原著論文
1)
2)
3)
4)
5)
6)

“Hyper-Raman Study of Hydrated Excess Protons in Water: Measurement of Concentrated HCl Solution”, Journal ofRaman Spectroscopy, doi.org/10.1002/jrs.6342.
“Hyper-Raman Spectroscopic Investigation of Amide Bands of N-Methylacetamide in Liquid/Solution Phase”,
Journal of Physical Chemistry Letters, 12, 4780–4785 (2021).
“Polarized-Hyper-Raman Study of Cycloxane-h12 and -d12 in the Liquid Phase”, Chemistry Letters, 50, 1512-1515(2021).
“Hyper-Raman Spectroscopy of Alcohols Excited at 532 nm: Methanol, Ethanol, 1-Propanol, and 2-Propanol”,
Journal of Raman Spectroscopy, 52, 849-856 (2021).
“Vibrational Couplings and Energy Transfer Pathways of Water’s Bending Mode”, Nature Communications, 11, 5977
(2020).
“Hyper-Raman Spectroscopy of Polar Liquids Excited at 1064 nm: Acetone, Acetonitrile, Chloroform, and Dimethyl
Sulfoxide”, Journal of Chemical Physics, 152, 174202 (2020).

学生へ一言
この研究室は、2019 年に立ち上がった新しい研究室です。分子分光学は基礎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、さまざまな専門的知識を駆使して研究を進めています。レーザーや光学系などの物理・工学的、そしてもちろん分子構造についての化学に関する、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たいと考えています。また、研究室で行うメインのテーマだけにとどまらず、さまざまな場で研究室で開発した分光学的手法を役に立てたいと考えています。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？
研究室に興味をお持ちの方は、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、大学院生

3 名、卒研生

1 名（2022 年 4 月現在）。

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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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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？

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
で、別の元素でその働きを実現させることはできないか

赤外ＯＰＯレーザー

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―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 CaMn 4O5 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

Physical Chemistry
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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)

Absolute Absorption Cross Section and Orientation of Dangling OH Bonds in Water Ice, The Astrophysical Journal
Letters, 923, L3 (8pp) (2021).

2)

Quantitative Anisotropic Analysis of Molecular Orientation in Amorphous N 2O at 6 K by Infrared Multiple-Angle
Incidence Resolution Spectrometry, The Journal of Physical Chemistry Letters, 11, 7857–7866 (2020).

3)

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).

4)

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).

5)

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

6)

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

7)

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).

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、修士課程学生 4 名、卒研生 4 名（そのうち外部研修生 1 名）
（2022 年度）

Chemistry

平岡・堀内研究室

分子自己集合：原理解明・新物質の開発・機能創成(図 B)。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です。我々は、自己集合の原系と生成系の全成分を定量し、間接的に中間体の情報を得る新手法 (QASAP: Quantitative Analysis of Self-Assembly
Process) と数理モデルを使った解析手法 (NASAP: Numerical
Analysis of Self-Assembly Process) を開発しました。これまで、20 種類以上の自己集合性錯体の形成機構を解明し、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など、分子自己集合機構の支配原理の解明に取り組んでいます。
平岡秀一教授・堀内新之介講師・阿部司助教・高橋聡助教
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、非可逆な化学結合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・堀内研究室では，分子自己集合に残された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
van der Waals (vdW) 力はあらゆる原子や分子に普遍的に働く引力的相互作用で、化学結合の中で最も弱く方向性も乏し
いため、共有結合のように使いこなすことが困難です。vdW
力は距離の6乗に反比例するため、原子や分子が接近した時だ
け、有効な引力となります。これは、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。この考え方は、マクロな世界
では、「ほぞ」と呼ばれる木材に切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、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「ほぞ」をデザインすれば、自発的に分子が噛み合って秩序構造を作るという考えが、「分子ほぞ」です。実際に、歯車の形をした分子をデザイン・合成し、これを水に溶かすと、疎水効果により2 nmの立方体（ナノキューブ）が自発的に組み上がることを発見しました(図A)。
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がわかりました。

速度論支配の分子自己集合
多くの分子自己集合体は熱力学支配で進行し、化学平衡状態に到達します。一方、分子自己集合を速度論でコントロー
ルできると、熱力学支配では不可能なことを達成できます。
熱力学支配では最も安定な集合体が優先し、全ての生成物の生成比はボルツマン分布しますが、速度論支配では、最も安定な集合体をボルツマン分布以上に生成することも、準安定種を主生成物にすることもできます (図 C)。速度論支配を巧みに利用するには適切な経路選択の方法が必要で、我々は経路選択のための一般手法の開発を行っています。熱力学支配では困難な自己集合に多種類の構成要素からなる多成分自己集合があります。最近、多成分自己集合性錯体を形成する一般手法を開発し、その可能性を探索しています。

分子間相互作用に基づく超分子結晶の創出
溶液中の分子自己集合だけでなく、結晶化による固体状態の分子自己集合に関する研究も行なっています。一般的な合成化学では不純物を取り除くために行われる結晶化(再結晶)ですが、構成要素をうまくデザインすると分子間相互作用によってそれらが複合体となった超分子結晶を得ることができます。例えば、有機ホストとして知られるカリックス[4]アレーンと金属錯体を混ぜ合わせ結晶化すると、それらが分子間相互作用で組み合った超分子結晶が得られることを見出しています (図 D)。用いる構成要素の形状や性質を変えると、金属有機構造体 (Metal Organic Frameworks : MOF) や共有結合性有機構造体 (Covalent Organic Frameworks : COF) のような、細孔を持つ超分子結晶も得ることができます。このようにして得られる超分子結晶は、構成要素となる分子の性質を掛け算した機能と特異な集合構造がシナジーすることで、構成分子単独の状態では得られない特異な性質が発現する可能性があります。そのため現在、新しい構成分子の組み合わせを探索し、その特異な集合構造や新奇な機能物性を明らかにしています。

分子自己集合の機構解明
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どうやって秩序構造へ至るのか？
という形成機構に関する理解は殆ど進んでいませんでした

http://hiraoka.c.u-tokyo.ac.jp/
連絡先
教授 平岡秀一 16 号館 525B 号室 5454-6595
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
分子の集合現象の解明や新しい集合体の開発を通して、サインエスを楽しみましょう！

研究室のメンバー
教授(1 名), 講師(1 名)，助教(2 名)，D1(2 名)，M2(2 名)，M1(2 名)，B4(1 名)，秘書(1 名)

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1)

Yuki Kinoshita et al., “Highly pH-Dependent Facile-Preparation of Amorphous High Surface Area Aluminum
Hydroxide-Bicarbonates with [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+”, Chem. Lett., in press (2018).

2)

Kazuma Niinomi, Satoru Miyazawa et al., “High Proton Conduction in Crystalline Composites Based on
Preyssler-type Polyoxometalates and Polymers under Non-humidified or Humidified Conditions”, Inorg. Chem., 56,
15187 (2017).

3)

Reina Hosono et al., “Proton Conduction in Alkali Metal Ion-Exchanged Porous Ionic Crystals”, Phys. Chem. Chem.
Phys., 19, 29077 (2017). 䠄◊

4)

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Ryosuke Kawahara et al., “Synergetic Effect in Heterogeneous Acid Catalysis by a Porous Ionic Crystal Based on
Al(III)-Salphen and Polyoxometalate", Dalton Trans., 46, 3105 (2017).

5)

Saori Seino et al., “Reduction-Induced Highly Selective Uptake of Cs+ by an Ionic Crystal based on
Silicododecamolybdates", Angew. Chem. Int. Ed., 55, 3987 (2016).

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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Chemistry

桐谷研究室

有機無機ハイブリッド界面・超分子化学・電子物理工学
原子がビチっとÅ(= 0.1 nm)領域で詰まっていますが、僅かな違い（原子の欠損：欠陥）が面内に存在しています。この
欠陥を見つけて、不活性化したい。実は、分子の相互作用を上手く使う方法が、最近示されています。たとえば、２次元の無機半導体結晶において、ある種の分子は欠陥を認識し、その結果、半導体特有の発光強度を数百倍にも増強することがわかっています（下図）。この２次元結晶は、わずか 0.7 nmの厚みで、透明です。この分子融合技術は、透明ディスプレ
イや透明な太陽光発電素子への展開が期待されています。
超分子集積体の構築機構として、電子移動が知られています。電子の出し手（ドナー）と受け手（アクセプター）の分子種を適切に選ぶことで、意図した集積構造を組み上げられ

桐谷 乃輔 准教授 Daisuke Kiriya, Assoc. Prof.

ます。この機構は化学分野において、広く用いられています。
この機構を拡張すると、分子と無機デバイス（無機物質）の異なる物質界面においても、電子移動相互作用を構築できそうです。これまでに、電子デバイスの心臓部を成す無機トラ

分子化学とデバイス工学
こんにちは。当研究室では、分子化学を基盤として、工学的な（機械工学、電子工学や量子工学）見方や仕組みを融合した学際研究を進めています。分子化学は、nm スケールやさらに小さな（Å = 0.1 nm）スケールの現象を緻密に操ることに長けています。また、それを拡張した分子の集積体では、その集まり方（形態）に多自由度が生まれます。
分子スケールの現象を機械加工技術によって、ンジスタに対して、分子を相互作用させて、動作の検証実験を行なっています。たとえば、無機物質として２次元半導体を選び、特殊な分子を相互作用させた結果、半導体結晶内部の電子濃度を極端に変化できることがわかっています（下図）。
分子の触れた部分は、半導体特性から金属的な性質へと大きな変化を示し、これは理学的にも、デバイス工学の観点でも、

Concept

細部まで再現することは難しく、化学分野のなせる精緻な技です。この分子特有の nm スケールの組み上げ機構に加えて、工学的な仕組みを融合すれば、新たな科学（物質や物性）や一風変
わった工学（電子デバイス）が生み出せるのではないかと考え、研究を進めています。
まずは、基盤となる分子化学として、分子の集まる性質に注目をしています。分子同士が相Bright 2D semiconductor

Molecular doping of 2D Material

互作用をする性質です。化学を学んだ方には馴
染みある「超分子化学」と呼ばれる学問分野で

Molecule

す。生体内や自然環境は分子で溢れ、nm スケー
ルの分子は常に周囲の分子と相互作用をしています。従って、分子間相互作用を記述する超分子化学は、自然界におけるバイブルです。たとえば、細胞膜を構成している分子間相互作用やタンパク質のフォールディングなど、超分子化学を介することで生命化学現象への理解が進んでいます。ここで大事なことは、部品である分0.7 nm
2D semiconductor
M. Amani, et al. Science 2015.

Air-stable 2D transistor
D. Kiriya et al. J. Am. Chem. Soc. 2014.

（上）分⼦（有機）と 2 次元(2D)無機物質の融合のイラスト。
（下左）分⼦と 2D
半導体の接合による超⾼発光特性化(Cal の字に加⼯している)。
（下右）分⼦接合をした 2D 半導体トランジスタの模式図。電⼦濃度を⼤きく変化することが可能。

子は、特有の方向感覚をもって相互作用をしているということです。つまり、nm スケールという小さな領域
で、「認識能」を持っています。
超分子化学における nm スケールの認識能は、工学技術としても魅力的です。無機物質（例えばシリコンなど）の表面は、

https://www.transmat.c.u-tokyo.ac.jp
連絡先
桐谷 乃輔 16 号館 501A 室 03-5454-6596
kiriya@g.ecc.u-tokyo.ac.jp

興味深い現象です。さらに電子濃度の上昇量（電子注入量）

は、電子デバイスに自発的な変化や動作を組み込むことを意

を極端なレベルへと到達させると、無機物質は相を変化し、図して、研究を進めています。最近、細胞の非平衡な状態変超伝導相などの量子相の発現が期待されおり、物理・デバイ化を真似られる感触を得ています。例えば、２次元半導体結

ス両側面において、興味深い対象です。加えて、分子は液体

晶を自己屈曲させたり、自己積層させたり、「動き」は実現でとして用いることもできるので、印刷などの工学技術と相性きそうです。他には、電子デバイスの主要部品である P 型やが良いのも特徴です。将来の電子物性や電子工学を拓く上で、N 型の半導体の接合構造（PN 接合）を、「自発的に無数に形成」

分子の利用は、大きな可能性を秘めていると言えます。

できる可能性も示唆されています。今後は、細胞内におけるフィードバック機構や、より高度な機能である複製や進化な

電子デバイスに自発性を与える。

ど、「分子が絡む究極の機能」を物質や電子デバイスで発現す

超分子化学は、生命の根源的な現象を司る学問分野です。

ることを目標に据えています。さまざまな学問分野（化学、

それを電子デバイスへと融合すると、生き物の部品を搭載し物理、生物、電子工学、情報学など）を跨いで、自由に発想た電子デバイスになる（はずだ）と考えています。生体は複し、専門家とのディスカッションを重ねることで、目標へと雑な化学システムですので、完全なコピーをデバイス上へ機

少しでも近づきたいと考えています。まだスタートラインに能化することは、現時点では難しいと思われます。ただし、立ったところなので、ご興味をお持ちの方はぜひお声がけく

類似の機能を持った化学部品や熱力学的な仕組みを電子デバださい。

イス上へ組み込むことは、おそらく可能なはずです。私たち

主な解説
1)

桐谷乃輔, 藤村紀文, "原子層半導体と分子性化合物の融合機能化", 材料, vol.70, No.10, pp.721-726 (2021).

2)

木村大輔, 桐谷乃輔, "酸処理による単層二硫化モリブデンにおけるフォトルミネッセンス増強に関する研究", 硫酸と工業,
vol.74, no.5, pp.1-7 (2021).

3)

一宮永ら, "２次元半導体上における電子ドナー性分子の流動と表面状態の相関", 化学とマイクロ・ナノシステム学会誌,
vol.18, no.1, pp.46-47 (2019).

主な原著論文1)

K. Matsuyama, et al., "Metallic transport in monolayer and multilayer molybdenum disulfides by molecularsurface-charge transfer doping", ACS Appl. Mater. Interfaces, 14, 8163-8170 (2022).

2)

Y. Yamada, et al., "Ultralarge Photoluminescence Enhancement of Monolayer Molybdenum Disulfide by
Spontaneous Superacid Nanolayer Formation" ACS Appl. Mater. Interfaces, 13, 25280-25289 (2021).

3)

H. Ichimiya, et al., "Electronic Structure Mosaicity of Monolayer Transition Metal Dichalcogenides by Spontaneous
Pattern Formation of Donor Molecules", ACS Appl. Mater. Interfaces, 11, 15922-15926 (2019).

4)

W. Gao, et al., "Flexible Electronics Toward Wearable Sensing", Acc. Chem. Res., 52, 523-533. (2019).

5)

H. Ichimiya, et al., "Tuning Transition-Metal Dichalcogenide Field-Effect-Transistor by Spontaneous Pattern
Formation of an Ultrathin Molecular Dopant Film", ACS NANO, 12, 10123-10129 (2018).

6)

M. Amani, et al., "Near-Unity Photoluminescence Quantum Yield in MoS2", Science, 350, 1065-1068 (2015).

学生へ向けて研究は、⾃由に発想をしたアイディアを⾃然に対して検証する、⼀種の思考ゲームだと思います。実験研究では、先輩後輩や仲間と共に、課題を⼀つずつ攻略してゆきます。私たちの研究では、化学や電⼦⼯学など、複数の学問分野を利⽤して、多⽅⾯から攻略法を探ります。桐⾕は錯体化学や超分⼦化学の分野で学位を取得しておりますが、2012
年からの１０年間は電気電⼦系の研究分野で研究を進めました。2022 年度に⼀緒に研究を進める学⽣さんは、電⼦⼯学がバックグラウンドです。このような学際研究の醍醐味は、⼈との繋がりや分野を超越した発⾒であると考えています。個⼈では⼿に負えない課題に直⾯する事もありますが、専⾨家とディスカッションを⾏い、新たな繋がりを⾒つけながら進めています。最近は、電⼦デバイスに⾃発性を持たせる、という答えのない課題にも取り組んでおります。もし皆さんの興味に合うようでしたら、ぜひお問い合わせください。

Chemistry

小林研究室

触媒化学・バイオマス変換・選択酸化小林広和 准教授
Hirokazu Kobayashi, Associate Professor

図２ 炭素触媒によるセルロースの加水分解. 炭素表面にセルロースが吸着し、弱酸がグリコシド結合をプロトン化する。

いためです。
セルロースの分解が難しい理由は複数あります。一つは、

持続可能社会の実現に向けて、触媒化学を基盤とした基礎か

水や一般的な有機溶媒に全く溶けないことです。二つ目は、

ら応用までの研究を行っています。

強固な結晶構造を作り、いっそう化学反応を受けづらいこと

具体的には、再生可能資源であるバイオマス（セルロースです。セルロースは分子内や分子間に多数の水素結合を作っやキチン）を選択的に変換できる触媒の開発に取り組んでいていて、さらに C-H 基が向いている方向では、ファンデルワ

ます。また、豊富に存在するものの反応性が極めて低いアルールス力によって分子が積層しているため、この二つの異なカンを、効率的に部分酸化して化学工業の基幹原料に変えらる相互作用によって、強固な固体として守られています。

れる触媒の創出を目指しています。

当研究室の主宰者である小林らは、この固体の基質を固体
触媒によって分解するというアプローチを取り、カルボキシ

バイオマスの利用

基やフェノール性水酸基などの弱い酸点を持つ炭素がセルロ

バイオマスを適切に利用すれば、最終的に燃やして二酸化ースを加水分解できることを見出しました。特に、その炭素炭素として排出したとしても、光合成により再びバイオマスとセルロースを一緒にボールミル処理することによって、物に戻るため、再生可能資源と言えます。バイオマスの中でも理的な接触をきちんと形成させておくと、劇的に反応が加速

特に量が多いのが木質であり、その主成分はセルロースです。

でき、高収率でグルコースを得ることに成功しています。反セルロースは、グルコース（ブドウ糖）が多数つながったポ

応機構の解明にも取り組み、炭素の多環芳香族がセルロース

リマーであり、加水分解すればグルコースが得られます（図を吸着すること、吸着されたセルロースが炭素上の弱酸点で1）。この糖は、発酵やさらなる人工的な化学変換により、エ加水分解されることを明らかにしました(図 2)。

タノール・乳酸・5-ヒドロキシメチルフルフラールなど重要

また、キチンの変換にも取り組んでいます。キチンとは、な化学品に転換できます。このような化学変換が効率的にでカニやエビなどの甲殻類の殻に多量に含まれる成分であり、きれば、世の中にはセルロース由来の化学製品が多数出回っ

その化学構造はセルロースとよく似ていますが、アセトアミているはずなのですが、実際には見かけません。それは、各

ド基、つまり、窒素を含んでいるところに特徴があります。

化学変換過程、とりわけセルロースの加水分解が非常に難し

我々は、キチンが有機窒素化合物の原料になるのではないかと考え、その選択的な分解方法や誘導体合成に取り組んでいます。

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連絡先
図１

セルロースの構造と加水分解によるグルコース合成.

准教授 小林広和 10 号館 403F 室
kobayashi-hi@g.ecc.u-tokyo.ac.jp

cc.u-tokyo.ac.jp

アルカンの選択酸化
アルカンは、石油や天然ガスの主成分ですが、反応性に極

出削減に大きく貢献することができます。この実現のためには触媒の開発が鍵を握っています。

めて乏しく、化学原料として利用するためには、エネルギー
多消費型のプロセスが必要とされています。アルカンの C-H結合に一つだけ酸素原子を挿入して C-OH（アルコール）にす
れば、様々な化学品原料になります(図 3)が、これは見た目の単純さとは裏腹に夢の高難度反応とされています。もしこのような反応を効率的に行えるようになれば、二酸化炭素排

図 3 アルカンからの化学品合成. R = CnH2n+1

主な著書と総説
1)

H. Kobayashi, A. Fukuoka, “Development of Solid Catalyst–Solid Substrate Reactions for Efficient Utilization of
Biomass”, Bull. Chem. Soc. Jpn., 91, 29-41 (2018).

2)

A. Shrotri, H. Kobayashi, A. Fukuoka, in Advances in Catalysis vol. 60, Chapter 2 “Catalytic Conversion of Structural
Carbohydrates and Lignin to Chemicals” (2017).

3)

主な原著論文4)

1)

H. Kobayashi, Y. Suzuki, T. Sagawa, K. Kuroki, J. Hasegawa, A. Fukuoka, “Impact of tensile and compressive forceson the hydrolysis of cellulose and chitin”, Phys. Chem. Chem. Phys., 23, 15908-15916 (2021).

2)

L. Li, N.H.M.D. Dostagir, A. Shrotri, A. Fukuoka, H. Kobayashi, “Partial Oxidation of Methane to Syngas via Formate
Intermediate Found for a Ruthenium–Rhenium Bimetallic Catalyst”, ACS Catal., 11, 3782-3789 (2021).

3)

Y. Hou, S. Nagamatsu, K. Asakura, A. Fukuoka, H. Kobayashi, “Trace mono-atomically dispersed rhodium on
zeolite-supported cobalt catalyst for the efficient methane oxidation”, Commun. Chem., 1, 41 (2018).

4)

H. Kobayashi, H. Kaiki, A. Shrotri, K. Techikawara, A. Fukuoka, “Hydrolysis of woody biomass by a biomass-derived
reusable heterogeneous catalyst”, Chem. Sci., 7, 692-696 (2016).

5)

H. Kobayashi, M. Yabushita, T. Komanoya, K. Hara, I. Fujita, A. Fukuoka, “High-yielding one-pot synthesis of
glucose from cellulose using simple activated carbons and trace hydrochloric acid”, ACS Catal., 3, 581-587 (2013).

学生へ一言
触媒は、物質生産・エネルギー生産・環境保全など幅広い分野で無くてはならない物質です。触媒や持続可能な社会の実現に向けた資源有効利用に興味がある方は、ぜひ一緒に研究しましょう。
触媒の研究では、無機化学・有機化学・物理化学・計算化学・分析化学など幅広い知識が役立てられます。また一方で、これまでの知や常識にとらわれないユニークな発想によって優れた触媒系が生まれることも多くあります。そのため、興味はあるけれど触媒のことなんか勉強したことないから不安だ、という方も、研究室に入ってからトライ
アル&エラーを繰り返していけば、きっと活躍できます。

研究室のメンバー
准教授 1 名、博士課程 1 名（2022 年 1 月発足、2022 年 4 月現在）。

Chemistry

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

2)“Synthetic Methodologies for Structurally Defined Linked-[n]Rotaxanes with Permethylated Cyclodextrins: Platform
for Functionalized Molecular Electronics", Bull. Chem. Soc. Jpn., 92, 529–539 (2019).

3)“Precision Synthesis of Linear Oligorotaxanes and Polyrotaxanes Achieving Well-Defined Positions and Numbers of
Cyclic Components on the Axle”, Chem. Comm., 58, 1644–1660 (2022).

主な原著論文
1)“Design Principle for Increasing Charge Mobility of –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 –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（D3: 3 名，D2: 1 名，D1: 2 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・横浜国立大学・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！！
2022 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，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をつくりあげることに力を注いでいます。

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，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，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，

胞サイズ）からセンチメートルサイズ（細胞集団サイズ）であるときの物性の柔軟性や可塑性に着目し，研究を展開して理解することを目指しています。また，この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います。
以上のように，細胞サイズの空間構造でみられるます。
，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)

Topological Polymer Chemistry （Springer Nature, 2022） 分担執筆: 本多

2)

分子ロボティクス概論 (CBI 学会出版, 2019) 分担執筆： 豊田，本多3)

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

4)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： 本多

主な原著論文1)

Photocleavable Regenerative Network Materials with Exceptional and Repeatable Viscoelastic Manipulability,
Advanced Science, 8, 2101143 (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

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
ラジカルペアメカニズムの模式図
underpins muchof our work.

連絡先
教授 J.

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