研 究 会・学 会 スケジュール

名古屋大学理学部･大学院理学研究科広報誌［理フィロソフィア］
spring _ summer 2015

編 集だより

第 3 回トランスフォーマティブ生命分子研究所国際シンポジウムおよび第 1回岡崎アワードおよび 第 11回平田アワード

The 3rd International Symposium on Transformative Bio-Molecules & 1st
Tsuneko & Reiji Okazaki Award & 11th Hirata Award
（月）
・26日
（火）
開 催 日 ： 2015年 5月25日
開 催 場 所 ： 名古屋大学豊田講堂
主催 ：トランスフォーマティブ生命分子研究所
問い合わせ ： 佐藤綾人 トランスフォーマティブ生命分子研究所 特任講師
ayato-sato@itbm.nagoya-u.ac.jp／ 052−747−6856

第13 回フレーバー物理とCP対称性の破れに関する国際会議

13th International Conference on Flavor Physics and CP Violation（FPCP 2015）（月）～ 29日（金）
開 催 日 ： 2015年 5月25日
開 催 場 所 ： 名古屋大学野依記念学術交流館
主
催 ：タウ・レプトン物理研究センター
素粒子宇宙起源研究機構
問い合わせ ： 飯嶋 徹 現象解析研究センター

28

今回の特集は地球科学的分野から放射性炭素同位体に関わる研究を紹介した。名古屋大学には特集記事をお願いした二人が所属している研究部門以外にも、
年代測定総合センターなどもあり、学内で放射性炭素
同位体を利用した先進的な研究が行われていることはかねてから知っていたつもりである。それでも、今回の記事でその面白さや可能性があらためてよくわかった。
木の年輪や湖底の泥の薄い層を一枚ずつ調べるといった地味な研究が、さまざまな情報を与えてくれることが読者にも伝わるのではないだろうか。思い起こせば、数十

教授
iijima@hepl.phys.nagoya-u.ac.jp／ 052−789−2893

年まえ名古屋大学の学生だったころは、豊田講堂の右
手後の山の木々の上に、宇宙線望遠鏡のドームが銀色

第 2 回銀河進化研究会に輝いていた。現在は高く成長した木々に隠れていて（水）～ 5日（金）
開 催 日 ： 2015年 6月3 日
開 催 場 所 ： 名古屋大学理学南館坂田・平田ホール
主催 ： 第 2回銀河進化研究会世話人グループ
問い合わせ ： 竹内 努 理学研究科 准教授

存在を忘れていることも多いが、今回の「時を語るもの」

takeuchi.tsutomu@g.mbox.nagoya-u.ac.jp／ 052−788−6182

第 16回ナノチューブ科学と応用に関する国際会議

The Sixteenth International Conference on the Science and Application of
Nanotubes（NT15）（月）～ 7月3日（金）
開 催 日 ： 2015年 6月29日
開 催 場 所 ： 名古屋大学豊田講堂
主催 ： 第 16回ナノチューブ科学と応用に関する国際会議組織委員会
問い合わせ ： 篠原久典 理学研究科 教授
nt15@nano.chem.nagoya-u.ac.jp／ 052−789−5188のドームと特集記事の放射性炭素同位体が宇宙線でつながるものであることは、かつての輝くドームを知るものにとっては、感慨深いものがある。
（古本宗充）

表紙説明
自然 界に存 在する炭 素には 1 兆 個に1個だけ放射性同位体である炭素 14が含まれている。植物の年輪や湖底

第 62回トキシンシンポジウム ― 伊勢志摩カンファレンスの地層に残された炭素 14を調べるこ（水）～ 7月10日（金）
開 催 日 ： 2015年 7月8日
開 催 場 所 ： エクシード合歓の郷（三重県志摩市）
主
催 ： 毒素シンポジウム
問い合わせ ： 荒木聡彦 理学研究科 講師とで宇宙線の変動や気候変動などの地球の物語が解き明かされる。

saraki@bio.nagoya-u.ac.jp／ 052−789−2514

国際第四紀学連合第 19 回大会

No .2819th Congress of the International Union for Quaternary Research（月）～ 8月2日（日）
開 催 日 ： 2015年 7月27 日
開 催 場 所 ： 名古屋国際会議場（名古屋市）
主催 ： 国際第四紀学連合・日本第四紀学会・日本学術会議
共催 ： 名古屋大学年代測定総合研究センター・名古屋大学博物館
問い合わせ ： 中村俊夫 年代測定総合研究センター 教授

広報委員

杉山 直（副研究科長・評議員）
阿波賀邦夫（副研究科長）

nakamura@nendai.nagoya-u.ac.jp／ 052−789−3082

加藤
戸本

大学院研究科（専攻名）

多元数理科学研究科

萩原伸也（化学科）

多元数理科学専攻
理学研究科

杉山 伸（生命理学科）

関連施設等

附属南半球宇宙観測研究センター

花房

附属タウ・レプトン物理研究センター

古本宗充（地球惑星科学科）
斉藤

太陽地球環境研究所

素粒子宇宙物理学専攻

素粒子宇宙起源研究機構

化学科

物質理学専攻物質科学国際研究センター

生命理学科

生命理学専攻編集発行

附属臨海実験所

広報委員会までご連絡ください。
なお、
ご投稿などの採否については当委員会にお任せください。

生物機能開発利用研究センター

次号は2015年 10月頃発行の予定です。

附属地震火山研究センター
博物館

事務部

年代測定総合研究センター

技術部

地球水循環研究センター
減災連携研究センター

名古屋大学理学部・大学院理学研究科広報委員会〒464 -8602 名古屋市千種区不老町
本誌の原稿執筆や取材などにご協力いただける方を求めています。

遺伝子実験施設

地球環境科学専攻

肇（事務長）

ご意見、ご感想をお待ちしています。

附属構造生物学研究センター

環境学研究科洋（生命理学科）

エコトピア科学研究所

物理学科

地球惑星科学科

誠（物理学科）加藤祐樹（物理学科）

理学部・理学研究科・多元数理科学研究科・環境学研究科（地球環境科学専攻）

数理学科

淳（数理学科）福井康雄（物理学科）※委員長

組織図
理学部（学科名）

松本邦弘（研究科長）

spring _ summer 2015
2 0 15 年 4 月2 5日発 行

制作
編集協力
デザイン

「炭素 14 からひもとく万年の物語」

04 _ 屋久杉の年輪に刻まれた宇宙線の大変動 ◇三宅芙沙
08 _ 湖底の地層から炭素 14時計を読み解く ◇北川浩之

02 _ 時を語るもの〈 関戸弥太郎博士 〉◇ 福井康雄
03 _ 理のエッセイ◇ 大沢健夫

株式会社電通株式会社コミニケ
株式会社ティ・エム・シー

・本誌記事、写真等の無断複写、転載を禁じます。

特集

ISSN 1884 _ 8486

12 _ 理の先端をいく◇ 飯嶋
18 _ 理学部交差点

徹／八木亜樹子／伊山修

◎理のエッセイ

もう一人の数学バカを偲んで
大沢健夫

せ き ど

多元数理科学専攻教授

や た ろ う関 戸 弥 太 郎（1912 _ 1986）
元名古屋大学理学部教授
第 10 回中日文化賞（1957）

時を語るもの関戸弥太郎博士 ＿宇 宙 線 研 究 の 源 流をなす

Illustration: Lisa Tezuka

数学バカとよばれた高校時代、同じくそうよばれた同級生の大川哲介君（昨年広島工業大学に准教授として在職中に他界）と、受験問題を解くだけの授業をサボり、音楽室でゲームをして遊んだことがあった。だれがもち込んだのかそこには碁盤があった。で、最初は連珠をしたが、すぐに飽きてしまい、大川君の提案で新しいゲームを始めた。そのゲームを彼は「六角渡し」とよんだ。
黒白交互に打ちながら、簡単な連結性の規則に従い、どちらが対辺を先につなげるかが勝負であった。やってみるとなかなか面白く、数週間はハマったように思う。それから30年以上経って、このゲームがノーベル経済学賞で有名な数学者のナッシュが考案したものであることを知った。数年前、どこでこのゲームのことを知ったのかとメールで尋ねると、「平凡社の国民百科事典」という答えだった。そういえば、昔は方々の応接間にそういうものがあった。
「六角渡し」の名はこれの「数学パズル」の項目にあったそうだ。
私の質問への回答ついでに、大川君はこの事典を愛読したころを次のように振り返り、「私は国民百科事典を小説の如く良く読み、特に化学関連の項目
は全ての項目を何度も読み返した。自宅には子供向けの化学の本があったので、1960年代の名古屋大学の象徴は、キャンパスの小高い丘

線が大気中に突入すると、チェレンコフ光とよばれる可視光をにたてられた通称「宇宙線ドーム」であった。高い建物もなかっ生じる。この光をとらえて宇宙線の起源を突き止めようとした。

た当時、名古屋大学の方向ではドームの存在感がまわりを実は宇宙線は電荷をもつために宇宙磁場で進路が曲げられ、圧倒していたと聞く。この施設は今年改修を予定されるが、よほどの高いエネルギーでないと起源天体を同定することは宇宙線分野で一時期を画した壮大な実験の「記念碑」で難しいことがやがて認識された。当時の検出装置ではこのようある。地球には多数の宇宙線、つまりエネルギーの高い陽子やな宇宙線は検出できず、もともとの狙いが達成されたわけでていた大気チェレンコフ望遠鏡。パラボラ状

電子などの粒子が飛来している。その起源と加速の仕組みはない。しかし、宇宙線望遠鏡をつくった関戸博士の情熱とに配置された約 1200個の小さな凹面鏡からを理解することは宇宙物理学研究の大きな課題であった。

創意は脈々と次の世代に受け継がれ、名古屋大学を源流とす

構 成され、ミュー中間 子が大 気に衝 突してらかされたような気がした。しかし、10年に一滴落ちるというタール・ピッチ

生み出すチェレンコフ光をとらえる目的で開発

物理学教室の関戸弥太郎博士は敢然とこの謎に挑戦すべる宇宙線研究の大きな流れを見事にかたちづくったのである。

された。集光面積は約 20m 2あり、焦点に集の滴下実験が有名になったとき、ブロイラーのように数学の輪から出ずにいた

く、独創の宇宙線望遠鏡を開発し、それを擁するこの施設

本号の特集記事にもその一端が見てとれる。今後も、ガンマ線

左の写 真は宇 宙 線 望 遠 鏡 施 設の全 景 。

を1958年に創設した。望遠鏡の狙いは、宇宙線の飛来方向観測をはじめ、宇宙線研究の一層の飛躍が期待されている。

を観測で求め、起源となる天体を特定することにあった。宇宙（福井康雄

02 時 を 語 るもの

附属南半球宇宙観測研究センター長）

幼稚園の時に何度も繰り返して読み、元素記号などは自然に全て記憶してしまった。自宅に理科の本があれば自然と理科好きになるんだな」と、示唆に富むコメントをくれた。
◇写真の説明背景と上の写真は宇宙線ドームに設置されめられた光は光電子増倍管で検出される。
宇 宙 線ドームの左 右には中間 子モニター、
ミュー粒 子 分 光 計などが 配 置されている。
写真右の大きな建物が施設のメインオフィス。

そういえば、音楽室のピアノの前でこう聞かれたことがあった。
「銅板の上に亜鉛板を重ねて放っておくとどうなるか」。真性の数学バカだった私に答えられるはずはなかったが、「真鍮になるんだよ」という彼の答えに、なんだかはぐ

私にも、少しだけ納得がいったのである。

Takeo Ohsawa

1951年生まれ。1972年東京大学理科一類中途退学。同年京都大学
理学部入学。1978年京都大学数理解析研究所助手。同研究所講師、助教授をへて1991年より名古屋大学教授。博士（理学）。専門は数学。

No.28 spring _ summer 2015

03

特集

炭 素 14 からひもとく万年の物 語

通常の炭 素は 6 個の陽 子と 6 個の中性子で構成されており、これを炭 素 12とよぶ。
これに対して 6 個の陽 子と 8 個の中性子で構成される炭 素 14 という原 子がある。

太 陽

自然界における炭 素 14 の比率は炭素 12 の 10 -1 2ほどであることがわかっている。

太陽宇宙線

太陽系外
銀河宇宙線

地球大気

炭素 14 は自然に崩壊してなくなっていくが、中性子捕獲反応［14N+n → 14C +p］

地 球に降り注ぐ宇宙線によりつくり続けられているので、この比 率になっている。

14

地球上のさまざまなものや場所に残された炭素 14 を調べることで、宇宙線の変 動や気 候 変 動など万年単位の歴史がひもとかれようとしている。

C

CO2

14

炭素循環

図 2 宇宙線と炭素 14との関係

図 1 宇宙線シャワーの模式図

宇宙線は、太陽から飛来する太陽宇宙線と、太陽系外からの銀河宇宙線の2つに大別できる。宇宙線と大気との反応によって形成された熱中性子を窒素原子が捕獲することによって、炭素 14は生成される。
これを中性子捕獲反応とよぶ。

大気中で多くの二次宇宙線が生成される。エネルギーの高い一次宇宙線が大気に突入し、大気と次々に相互作用を起こすことで様々な種類の二次宇宙線が生成される。
（イラスト© ASPERA/ Novapix/L.Bret）

屋久 杉の年 輪に刻まれた
宇宙 線の大 変 動
三 宅 芙 沙 高等研究院YLC特任助教

過去の宇宙線強度を探るしか含まれていない。いったん炭素 14が大気

酸素同位体の標準パターンと照らし合わせる

度の測定を行っている。我々は、名古屋大学

地球には宇宙線とよばれる高エネルギー粒中で生成されると酸化されて二酸化炭素となことで決定されている。様々な年代の樹木を年代測定総合研究センターの加速器質量分子がつねに降り注いでいる。現在、地上や衛り、大気中の他の二酸化炭素と混合され大気

年輪幅の共通部分を対応させることによって、析計を用いて測定している。

星からの観測により、宇宙線の起源や組成等

圏を循環する。大気中の二酸化炭素はやが現在から過去にさかのぼって長期間の年輪について研究が進んでいる。しかしこのようなて海洋や生物に取り込まれ、その一部は樹木

幅のパターンが明らかにされている（図 3）。

観測が始まったのはつい最近であり、長期的年輪中にも固定される。従って地球へ到来す

年輪サンプルの炭素 14濃度を測定するた

これまでに世界各国の研究者によって、北な変動の理解には過去の情報が必要となる。

る宇宙線強度が大きくなるにつれて炭素 14のめには、いくつかの前処理が必要である。我々

米・ヨーロッパの樹木を用いた過去 1万年を超我々の研究グループでは、樹木年輪を使っ生成量が増加し、その結果樹木に炭素 14がの研究室の前処理方法を簡単に紹介する。

える期間の炭素 14濃度測定が行われてきた。

て「過去」の宇宙線強度変動について調査し高い濃度で蓄積される。すなわち樹木年輪中

まず、
カッターナイフを用いて年輪サンプルを1

その代表的なデータセットはIntCal変動曲線ている。ここでは樹木年輪中の炭素 14（ C）の炭素 14濃度は、過去の宇宙線強度を「記

年輪ごとに剥離する。1年ごとのサンプルに対として知られる。過去 3000年間のIntCal13のを用いた過去の宇宙線強度の測定方法と、録」
しているのである
（図 2）
。

して、
年輪間を移動しないセルロースを抽出す

炭素 14濃度データを図 4に示す。IntCalはるための化学洗浄を行う。抽出したセルロース

10年分の年輪をまとめて削って測定した10年を酸化銅とともに加熱してCO2化させ、真空ラ

分解能のデータセットであり、宇宙線による数

インを用いて純粋なCO2とする。その後、鉄触十年より長い変動が現れている。地球へ飛来

14

奈良・平安時代に見つかった2つの宇宙線急増イベントについて紹介する。
宇宙線の成分は陽子やヘリウム・鉄の原子炭素 14濃度の測定手法
過去の宇宙線強度の変動を知るためには、

炭素 14データにみられる太陽活動

核などである。宇宙空間を飛び交う宇宙線のまず年代既知の樹木年輪サンプルが必要で媒のもとで水素還元を行い、グラファイト（炭する宇宙線の大部分は電荷をもつ粒子であエネルギーは非常に高いため、地球に突入すある。年輪が形成された絶対年は年輪幅や素）を得る。
このグラファイトを用いて炭素 14濃るため到来宇宙線量は太陽磁場活動の影響

ると大気と相互作用を起こしてさまざまな種類の二次粒子が生成される。地球へ入射する

20

宇宙線を一次宇宙線、また大気で生成された

10
C濃度（0/00）

エネルギーの低い二次粒子を二次宇宙線とよび、地上にも多くの二次宇宙線が降り注い
二次宇宙線が大気と反応することによって、今回の主役である炭素 14が形成される。放射性炭素ともよばれる炭素 14は、通常の炭素と比べると陽子の数は同じであるが中
12
（12C）

Fusa Miyake

1 9 8 6 年 生まれ。2 0 1 3 年、名古 屋 大 学 大 学院 理 学 研 究 科 博 士 後 期 課 程 修了。
2014年、
日本学術振興会育志賞受賞。2014年から現職。専門は宇宙線物理学。

04 特 集 ＿ 炭 素 14 からひもとく万 年 の 物 語

性子の数が多い。また炭素 14は炭素 12の約
（ 1兆分の1）ほどと自然界にごくわずかに
10-12

-10

14

でいる
（図 1）
。

0

-20
1000

1200

1400

1600

1800

2000 西暦

図 3 年輪年代法のイメージ
同じ地域で成長した樹木の年輪幅は共通のパターンをもつ。同一地域の異なる年輪
サンプルから共通の年輪幅パターンを抽出し（拡大図）、年代を特定する。同様にして複数の年輪サンプルを重ね合わせることで過去にさかのぼり長期間の年代を網羅できる。図の場合A→B→C→D→Eの順で過去にさかのぼっている。

-1000

-500

0

500

1000

西暦
（AD/-BC）

1500

2000

図 4 過去 3000年間のIntCal13データセット
太陽活動が低くになるにつれて炭素 14濃度は増加する。マウンダー極小期（1645 〜1715年）には、
炭素 14濃度の大幅な増加がみられる。
（Reimer et al. 2013, Radiocarbon, 55, 1869）

No.28 spring _ summer 201505

特集_ 炭素 14 からひもとく万年の物語

ロシア、北アメリカ、ニュージーランド）の樹木と太陽活動との間には負の相関が知られて爆発、ガンマ線バースト、太陽面爆発など）年輪を用いた炭素 14濃度測定が行われ、いる。つまり太陽活動が高い時には宇宙線の痕跡も炭素 14濃度の急増として記録さすべての結果で西暦 775年イベントが確認

強度が低くなる。宇宙線強度に応じて大気れている可能性がある。上に挙げたようなされている。

中の炭素 14濃度も変化するため、図 4中で高エネルギー現象は非常に短い期間に起は炭素 14濃度が増加している期間は太陽

きることから、炭素 14濃度の急増は 1年未

活動が弱まっていたと考えられる。

満であることが期待される。

太陽活動の代表的な指標である黒点数775年に何があったのか
西暦 775年イベントの炭素 14濃度増加は、

我々は、そのようなイベントを探索するためた炭素 14濃度の単年輪測定は、合計すると0

約 1600年間に及ぶ。その中で2つの炭素 14
イベントが発見された。
このことから現時点で-10
C濃度（0/00）の高エネルギー現象（地球近傍の超新星の炭 素 1 4イベントの発 生 頻 度は 8 0 0 年に1度であり、
これはガンマ線バーストの予想頻度よりもはるかに大きいと言える。このことから、-20

炭素 14イベントの原因として大規模 SPEが14を受けており、
地球で観測される宇宙線強度

通常の太陽活動による宇宙線変動に比べる妥当であると考えられる。

775 年

-30

の観測は、望遠鏡が発明された西暦 1600に屋久杉年輪（図 5）を用いた 1〜 2年分解と約 20倍とはるかに大きいため、通常の太陽年頃から開始された。17世紀後半～18世紀

能の炭素 14濃度測定を行った。対象にした

磁場活動とは異なる現象によって引き起こ

初頭にかけては黒点がほとんど現れない時

年代は、IntCalの 10年分解能データで増加されていると考えられる。西暦 775年の宇宙代であったことが知られており、太陽活動がの傾きが大きい 8世紀周辺である。測定の線イベントの論文発表後、その原因について極端に弱まっていたと考えられている。これ

結果、西暦 774年～ 775年にかけての炭素議論が沸き起こり、いくつかの有力な候補がをマウンダー極小期とよんでいる。マウンダー

14濃度急増を発見した（図 6）。炭素 14濃度挙がった。前述した太陽近傍の超新星爆発

いとしても、上述したように非常に大規模なも極小期において炭素 14濃度は大幅な上昇の増加量は測定誤差に対して明らかに大や銀河系内のショートガンマ線バースト、太のといえる。この規模のSPEが今日においてを示すが、これは太陽活動と炭素 14濃度ときく、この結果は 1年での炭素 14急増イベン

陽面爆発（フレア、コロナ質量放出）によっていない。
さらに中国、
ヨーロッパをはじめとするいる。また、大規模なSPEによって引き起こさ発生した場合、人工衛星の故障や、通信網の関係を示す良い事例である。IntCalデー

トをとらえた初めての成功例といえる。また

引き起こされるSPE（Solar Proton Event）、

古文書にも775年の超新星爆発を示唆する

れる低緯度オーロラを示唆するような歴史記の破壊等による現代社会に与える影響は甚タをみると、マウンダー極小期のような数十年

炭素 14濃度が増加した後にゆるやかな減地球への彗星衝突などである。

ような記述は残っていない。比較的新しく、距録も多数見つかっている。

大だと予想される。今回の発見は、このようなスケールの炭素 14濃度ピークが多くみられる

衰がみられるが、大気および海洋・生物圏に超新星爆発に関しては、爆発によって発離の近い超新星残骸は今でもX線や電波ことから、過去数百年～数千年のスケールでおける炭素循環モデルによって予想される生したガンマ線が地球に到達して炭素 14を等で明るく輝いているはずであり、超新星爆

超新星爆発と同様にガンマ線による炭素 14示したという意味でも重要である。現時点では黒点が消失するような太陽活動低調期が変化とよく一致していることが判明した。これ生成するというアイディアが 1960年代から提発が 775年イベントの原因とは考えにくい。ま生成が想定されるが、超新星爆発で問題には 2つのイベントしか発見されていないが、珍しくないことが明らかになった。

らのことから、短 期 間に大 量の宇 宙 線 が案されている。通常の超新星爆発が発生す

た、彗星の衝突説についても775年イベント

なっていた超新星残骸が残らない。ただし、過去遡るとほとんどの期間は単年で調査さ地球に降り注ぐことで炭素 14濃度が増加し、ると、超新星残骸とよばれる天体が後に残る。

を説明するほどの炭素 14増加は起きないと銀河系内のガンマ線バーストは稀な現象でれておらず、他にも多くのイベントが隠されてその後炭素循環によって減衰していったもの

775年イベントを説明するためには、超新星考えられている。以上のことから、775年イベあると考えられており、約 1000年前（西暦いる可能性が高い。

と考えられる。

爆発が地球近傍で発生している必要があ

ントの原因は SPEもしくはショートガンマ線

775年）に生じていた可能性は低い。従って、

今後は、過去 1万年間の炭素 14濃度単るがそのような超 新 星 残 骸は見つかってバーストのどちらかに絞って良いだろう。

775年イベントと同様の炭素 14急増イベント

年測定を実施し大規模 SPEの正確な頻度がどの程度発生していたかが原因追求のや、
太陽活動度との関係性について明らかにカギとなった。

したい。そのために、世界各国の研究者と協

宇宙線イベントの探索
炭素 14データに太陽活動が現れている
一方で、宇宙線を大量に放出するような宇宙

この成 果の報 告 後、世 界 各 地（ドイツ、

600

700

994 年

800

1000

900

西暦
（AD）
図 7 我々のグループで取得した西暦 600 〜1021年までの炭素 14濃度の測定結果
775年イベントと994年イベントはよく似た変動を示す。

SPEが原因の場合、太陽面爆発によって発生した陽子が主に炭素 14を生成すると考一方ショートガンマ線バースト説の場合は、量を説明するためには、今までに観測された

0-10

イベントは地上の生物に大きな影響を与えなイベントが将来においても発生する可能性を994年イベントが示すもの

中の炭素 14濃度の変動は過去 1 ～ 2万年ま最大級の SPEより十倍～数十倍も大きい規

他の炭素 14イベントの存在を調べるため

でさかのぼって調査することが可能である。

模のものが起きる必要がある。観測史上最に、探索年代を広げて炭素 14濃度を測定

もっと古い時代のイベントは、極域の氷床コアも大きいとされるキャリントンフレアの発生年した（西暦 600 〜1021年）。その結果、西暦中のベリリウム10（炭素 14と同様の宇宙線生（ 1859年）でさえも、炭素 14濃度は増加して993年から994年にかけての炭素 14濃度の成核種）濃度によって調査できる可能性があおらずその変化は測定誤差以下なのである。

急増とそれに続く減衰が検出された。994年

る。実際に2つの宇宙線イベントは、氷床コア

このようなエネルギーの大きい太 陽フレアの炭 素 1 4 増 加は 7 7 5 年のものと比 べるとのベリリウム10濃度変動にその兆候が現れ-20（スーパーフレア）は、歴史記録がないこと若干小さいが、測定誤差に対して明らかなている。ベリリウム10を使えば、過去数十万や理論的予想から、以前は太陽では起きな増加といえる。また、994年イベントの炭素 14年の情報が得られると期待される。現在ベリ

いと信じられていたが、近年太陽型の星で濃度変動は 775年イベントと非常によく似た

リウム10の測定を開始したところで先はまだスーパーフレアが数多く見つかっており、私たかたちをしている（図 7）。

まだ長いが、宇宙線や太陽活動の「歴史」を

-25
-30

760

780

800

820

西暦
（AD）
図 5 測定に用いた樹齢約 1900年の屋久杉の切り株

図 6 西暦 750年〜 820年までの炭素 14濃度の測定結果

西暦 1956年に伐採され、1996年に宇宙線研究室が研究用に購入した。直径は1.9mと大きく、測定のために木片を切り出して利用する。拡大図：年輪幅は大変細かく、1年輪は1mmに満たないものが多い。写真はTree A。

TreeA、TreeBはそれぞれ別個体の屋久杉のデータを示しており、
西暦 774〜775年の炭素 14濃度増加が再現された。
（Miyake et al. 2012, Nature, 486, 240）

06 特 集 ＿ 炭 素 14 からひもとく万 年 の 物 語ある可能性が高いと考えられるが、これらの

-15

14

C濃度（0/00）-5775年と994年のイベントは SPEが原因で力していくことが必要になるだろう。樹木年輪えられる。775年イベントの炭素 14濃度増加
5

数十万年スケールの研究

ちの太陽でも発生する可能性が議論されてこれまでにいくつかの研究で実施されてき

太 陽 地 球 環 境 研 究 所 太 陽 圏 環 境 部 門（ 宇 宙 線 ） ウェブ ページ

一歩一歩読み解いていきたいと思う。

http://www.stelab.nagoya-u.ac.jp/CR/
No.28 spring _ summer 201507

特集_ 炭素 14 からひもとく万年の物語

湖底の地層から炭 素 14 時計を読み解く
北 川 浩 之 地球環境科学専攻教授

先史時代を測る時計

生成核種ともよばれている。炭素 14は、生成

宇宙線の強度変化や地球規模の炭素循環教室において、樹木年輪年代学（樹木の年文字による記 録が残されていない先史

後に二酸化炭素に酸化されて地球規模の炭の状態変化によって、植物によって取り込まれ輪パターンを解析することで年代を科学的に時代の出来事の年代は、どのように決定され素循環に組み込まれ、植物は大気中の二る大気中の炭素 14濃度（全炭素に対する決定する方法）で暦上の年代が正確に決定＊１

酸化炭素を光合成によって取り込み、動物

炭素 14の割合）が変化する点である。炭素されたアメリカ産松材の炭素 14が測定され、炭素にわずか 10 （ 1兆分の 1）だけ放射能は炭素を食物連鎖によって取り込む。動植

14年代は、過去に遡っても生体に含まれて現在から遡ること8000年間の炭素 14年代とをもつ炭素（炭素 14あるいは放射性炭素と物が死ぬと炭素のやり取りが停止し、遺体にいる炭素 14の濃度が一定と仮定して得られる暦上の年代の関係を示す換算表が作成されよぶ）が含まれていることを突き止め、この炭素含まれる炭素 14は放射性元素の壊変法則にものである。大気中の二酸化炭素の炭素 14た。これは、「炭素 14年代キャリブレーションを利用した年代測定法「炭素 14年代測定

従って時間の経過とともに減少する。その減濃度が変動すると、時計が狂うように、炭素 14データ」とよばれ、炭素 14年代から暦上の法」の開発に成功した。現在、炭素 14年代

少の割合から求められる年代が、炭素 14年

年代は停止、あるいは時代の進行と炭素 14年代を求める基本データである。その後、
イギ

測定法は、先史学にとどまらず広範囲の研究

代である。

年 代の順 番 が 逆になるという事 態 が引き

リス・ベルファストのクイーンズ大学、オランダ・起こされる。つまり、炭素 14年代は、一定のフローニンゲン大学、
ドイツ・ハイデルベルグ

速度で進む暦上の年代と一致しない。

大学、
アメリカ・ワシントン大学の研究グループ

るのだろうか。リビー は、自然界に存在する-12

分野で利用されている。
炭素 14は、大気上層で高いエネルギーをもった一次宇宙線によって生成される二次炭素 14年代という時計の仕組み
リビーがノーベル化学賞を受賞した当時

この問題にいかに対処するか。1960年代、＊2が中心となり、炭素 14年代キャリブレーション

宇宙線
（中性子）
と大気中の窒素原子の核反（ 1960年）にすでに、炭素 14年代法の致命的スース は、この厄介な問題に対処する１つ

データが整備され、過去 1万 2500年間に関し応で生成される放射性同位体であり、宇宙線な問題が指摘されていた。地球に降り注ぐの指針を提案した。シカゴ大学の宇宙化学ては、先史時代の出来事を暦上の年代で論じることが可能となっている。

加速器質量分析法の開発
1兆（ 10 12 ）個の炭素原子の中におおよそ１個含まれる炭素 14を正確に精度よく測定

図 1 タンデトロン加速器質量分析装置
タンデム型加速器と質量分析装置を組み合わせた高性能な同位体分析装置であり、試料に含まれる3種類の炭素同位体を、
正確に、効率よく計測することが可能である。名古屋大学年代測定総合研究センター所有。

するのは、分析化学の１つのチャレンジである。当初、炭素 14が放射崩壊するときに放AMS法は、
１京（1015）個の炭素に含まれるには議論の余地はない。しかし、樹木年輪年出されるβ線を検出することで試料の炭素数個の炭素 14を検出できる感度があり、サブ・代法で年代決定が可能で、1万 2500年前より14濃度を測定する放射能計測法が採用されミリグラムの炭素試料でも高精度で炭素 14

過去の木 材試料は世界のどこからも未だた。1970年代になって、
カナダ・サイモンフレーを測定することが可能である。AMS法の実用発見されていない。炭素 14年代キャリブレー

ザー大学とアメリカ・マックマスター大学の連合化で、従来の放射能計測法での炭素 14年代

ションデータを1万 2500年前より過去に遡っチームとアメリカ・ロチェスター大学の研究測定で必要な試料の量的な制約（放射能て拡張する手だてがなく、旧石器時代の時代

チームは、炭素 14の直接計測法（「加速器計測法では数グラム程度の試料が必要）が編年に大きな不確かさが残されていた。この

質量分析法」あるいは「AMS法」）の実現と著しく緩和された。この革新的な分析技術を

問題を解決する材料が思いにもよらず、我々いう挑戦的な研究開発に着手した。1977年

有効に利用することで達成された研究の一の身近にあったのである。私たちの研究グには、両グループがほぼ同時にAMS法による例は、これから話題とする、炭素 14年代キャリ

ループは、この問題を解決する新たなアプロー

天然レベルでの炭素 14の測定に成功した。

ブレーションデータの過去への拡張である。

チとして、「年縞」に着目した。

1981〜1982年には、名古屋大学理学部地球科学科（現在の地球惑星科学科）にも加速

Hiroyuki Kitagawa

08 特 集 ＿ 炭 素 14 からひもとく万 年 の 物 語

1963年滋賀県生まれ。1991年名古屋大学大学院理学研究科博士課程単位取得中退。国際日本文化研究センター助手、
名古屋大学大気水圏科学研究所助教授、大学院環境学研究科准教授を経て、2008年
1月から現職。専門は同位体地球化学・環境変動解析。現在は、国際陸上科学掘削計画（ICDP）死海
深層掘削プロジェクトの共同PIとして、
過去の気候変動や地殻変動、
自然と人類の歴史の接点を探っている。

年輪から年縞へ器 質 量 分 析 装 置が導 入され、それ以 降、

樹木年輪年代学で年代が正確に決定

炭素 14年代測定の世界の代表的な拠点とされた木材試料は、炭素 14年代キャリブレー

しての役割を担っている（図 1）。

ションデータを整備する格好の試料であること＊1 W.リビー（1908 _ 1980）
アメリカの化学者。
ノーベル化学賞（1960）を受賞。
＊2 H.スース（1909 _ 1993）
アメリカの原子核物理学者。

No.28 spring _ summer 201509

特集_ 炭素 14 からひもとく万年の物語の炭素 14年代を精確に決定すれば、過去

ニューキャッスル大学の中川毅氏（現・立命コミュニティによって認められ、炭素 14年代を湖五湖の１つである水月湖の学術掘削ボー

5万年間の炭素 14年代キャリブレーション

館大学教授）が中心となり進められた。2006

暦上の年代に較正する国際標準データとリング調査を実施した（文部科学省重点領データが得られるのではないか。このシンプ

年に水月湖で学術掘削ボーリング調査を実して採用された（図 4）。炭素 14年代測定法

域研究「文明と環境」プロジェクト）。水月湖

ルな思いつきがきっかけとなり、そのアイデア

施し、日本・イギリス・ドイツ・オランダの研究が開発されて約 70年が年月を経て、炭素 14の湖底から採集した 75メートルの柱状堆積に興味を抱いたオランダ・フローニンゲン大学

者による国際 的な研 究チームが組 織 化さ

年代測定法の問題点を克服することができ、物を半裁すると、明色・暗色の互層が認めらの同位体科学研究センターの研究グループ

れ、研究プロジェクトを推進した。第１次とようやく過去 5万年間の正しい年代測定法

れた（図 2）。その後の顕微鏡や電子顕微鏡の後押しもあり、「水月湖年縞プロジェクト」を第２次プロジェクトの研究成果は、イギリス・が確立された。

を用いた詳細な観察から、互層構造には規スタートさせた。

オックスフォード大学の大学院の学生（当時）

炭素 14変動が示す地球の事件

則性があること、白色層は珪藻あるいは菱鉄

第１次水月湖年縞プロジェクトでは、1993

により１つのデータセットにまとめられた。2012

鉱（鉄の炭酸塩）の粒子、暗色層は粘土鉱

年に水月湖で学術掘削ボーリング調査を実施

年には、
炭素 14年代法が適用可能な年代域

水月湖年縞堆 積物からの炭素 14 年代物から構成されていることが明らかになっし、年縞数の正確な計数を目指した試行錯誤（過去 5万年）を完全にカバーする炭素 14

キャリブレーションデータは先史学の時代編た。明色・暗色のペアは堆積物の供給源のの実験を行い、1998年に炭素 14年代キャリ

年代キャリブレーションデータの公表にこぎつ

年の信頼性の向上に貢献しただけでなく、

季節変化を反映した年層であり、それを「年

ブレーションデータを公表した（Kitagawa and

けた（Bronk Ramsey et al., 2013, Science

地球システム科学においても有益な情報を縞」（英語では、スウェーデン語を語源とする

van del Plicht, 1998, Science 278, 1187）。

338, 370）。この約 20年間の日本・英国の提供するものである。図 5には、炭素 14年代

varve）と名付けた。水月湖の年縞堆積物にその後のより詳細な研究でこのデータは改訂研究者が先導して進めた国際共同研究がキャリブレーションデータをもとに推定した過は、湖の周辺で生育していた草木の葉やされることになるが、水月湖の年縞堆積物

評価され、「大和エイドリアン賞」が授与され去 5万年間の大気中の二酸化炭素の炭素

枝、昆虫の化石が多数含まれていた（図 3）。

は炭素 14年代キャリブレーションデータの整備た。また、水月湖年縞堆積物からの炭素 1414濃度の変化を示す。大気中の二酸化炭

各深度の堆積年代は年縞の枚数を数えに格好の研究試料であることが実証された。

年 代キャリブレーションデータの信 頼 性が素の炭素 14濃度は、銀河宇宙線の強度（太ることで求め、AMS法により小さな植物化石

第 2次水月湖年縞プロジェクトは、イギリス・

炭 素 1 4 年 代 測 定 法を専 門とする研 究 者

陽系外から飛来した高エネルギー荷電粒

図 2 福井県水月湖の年縞堆積物
明色層は珪藻あるいは菱鉄鉱（鉄の炭酸塩）の粒子、暗色層は粘土鉱物から構成されている。
明色・暗色のペアは堆積物の供給源の季節変化を反映した年層であり、年縞とよばれている。年縞が認められない均質な粘土層は、過去の洪水や地震によって形成されたと考えられている。

図 3 水月湖 年 縞 堆 積 物に含まれている植物化石
化学的な処理を行った後、加速器
質量分析装置を用いて炭素 14測定が行われた。

（現代）

特 集 ＿ 炭 素 14 からひもとく万 年 の 物 語（現代）
図 5 大気中の二酸化炭素の炭素 14濃度の変化（IntCal13）
約 4万年前の急激な炭素 14濃度上昇は、ラシャンプ・イベントとよばれている地磁気エクスカーション時に炭素14が異常に生成された１つの証拠である。H0 ～H5（ 青色）は、ハインリッヒ・イベントとよばれている大量の氷山が北大西洋に流出して、海洋循環が変化し、さらに気候変動が引き起こされた気候イベントを示す。現在、
水月
湖年縞堆積物から得られたデータの、
地球システム科学的な観点からの詳細な解析を進めている。

子）、太陽活動度および地磁気強度（あるいスケールの炭素 14濃度のゆらぎは、北米大洋循環の因果関係について提唱されているは方位）、
また地球規模の炭素循環の状態

陸の大半を覆っていたローレンタイド氷床の

古気候学の仮説をもとに制作されたものであ変化に伴う地球システム内の炭素 14の分配

北部セクターが崩壊し、大量の氷山を北大る。炭素 14年代キャリブレーションデータからの影響を受けることが解明されている。

西洋に流出させたイベント（ハインリッヒ・イベン

得られた大気中の二酸化炭素の炭素 14濃炭素 14濃度の過去に遡るにつれて確認トとよばれる）と同期している可能性がある。

度の変化と気候変動の関連性は、SF映画

される長期的な増加は、地磁気強度の変化

2004年に公開されたSF映画『デイ・アフター・で採用されたシナリオと整合的である。炭素に伴う炭素 14の生成量の変化によるものとトゥモロー』（地球温暖化により南極大陸の14年代キャリブレーションデータは、地球環境

考えられている。約 4万年前の異常な炭素

棚氷が融け始めた。棚氷の調査中にそれにの変動を引き起こすメカニズムに関して提唱

14の増加は、
ラシャンプ・イベントとよばれる地気が付いた古気象学者のジャック・ホールは、されてきた多種多様な仮説を検証するうえ

磁気エクスカーション（地磁気の方向が現在

温暖化による海流の急変が将来的に氷河で重要な情報である。水月湖年縞堆積物かの状態から一時的に大きくはずれる現象）に期を引き起こすことを副大統領に訴えたがら得られた炭 素 1 4 年 代キャリブレーション

よる地球に入射する宇宙線の一時的な強化相手にされなかった。しかし、数日後から世データには、地球システムの動態や変遷にに伴う炭素 14の異常生成によると解釈され界各地で異常気象が頻発し始めた…）は、関する未だ解明されていない秘密が隠されている。最終氷期（ 1万年前以前）の 1000年

雪氷圏 ― 海洋の相互作用、気候変動と海ていることを最後に述べておく。

図 4 過去 5万年間の炭素 14年代キャリブレーションデータ
横軸は年縞の計数で求められた。縦軸は植物化石の炭素 14年代測定の結果である。曲線は、水月
湖年縞堆積物の解析結果等から作成された専門家コミュニティの推奨データ（「 IntCal13」とよぶ）
を用いることで、過去 5万年間の炭素 14年代を暦上の年代に較正することが可能である。
（ BronkRamsey et al., 2013, Science 338, 370; Reimer et al., 2013, Radiocarbon 55, 1869)

10

ラシャンプ・イベント

1993年、福井県若狭町に所在する三方物 質 循 環 科 学 講 座 気 候 変 動と同 位 体の科 学の研 究 室ウェブページ

http://has.env.nagoya-u.ac.jp/~kitagawa/
No.28 spring _ summer 201511

理 の 先 端を いく Ⅰ

エキゾチックなハドロン粒子
物質世界を構成する最も基本的な粒子であるクォークは単体では存在できず、複合粒子として「ハドロン」に閉じ込められる。これまでの研究から数百種類に及ぶハドロン粒子の存在が知られているが、それらはす（qqq ）
べて、クォーク（q ）3個でできたバリオンと反クォーク（ q ）の対で構成さ
とクォーク
（q）

図 2 Belle 測定器に分類されてきた。たとえば、れるメソン（ qq ）

電子と陽電子ビームの衝突点を取り囲み、衝突で生成される粒子の運動量、速度やエネルギーを精密に測ることができる。

陽子はアップ・クォーク2個とダウン・クォーク１個が強い力で束縛した複合粒子であり、湯川秀樹が予言したパイ中間子はアップまた

Toru Iijima

1964年生まれ。1987年京都大学理学部卒業、1994年京都大学大学院理学研究科物理学第二専攻単位取得退学、1995年博士（理学）。1994年 高エネルギー物理学研究所（現・高エネルギー加速器研究機構）助手、2002年名古屋大学大学院理学研究科
助教授（准教授）
を経て、2010年より現職。専門は素粒子物理学実験。

「クォーク模型」を超える
新しいハドロン世 界の探求
飯嶋

徹 現象解析研究センター教授

はダウン・クォークとその反粒子の複合粒子と＊3872メガ電子ボルト（MeV）の質量を持ちぐ発見によって、クォーク模型の“綻び ”が明らい相互作用でしか崩壊できない安定な粒して解釈できる。このハドロン描像は「クォーX（3872）と命名された。
この質量は、チャーム・かになり、新しいハドロン粒子の研究分野を子はないのだろうか、という疑問が湧く。もしク模型」として知られ、1964年にマレー・ゲル

クォークとその反粒子で構成できるメソン（ cc ）

開拓することができた。現在、KEKB加速器

存在すれば、物質の新しい存在形態として

マンが提唱して以来、50年にわたって受けを仮定してクォーク模型から予想される質量の 40倍の輝度をめざす SuperKEKB加速

非常に興味深い。今後の研究では、こうした入れられてきた（図１上）。

とは大きく異なるが、チャーム・クォークを含む

器の建 設と測 定 器の改 造を進めており、

エキゾチック状態を含むハドロン粒子の全ところが、クォークに働く「強い相互作用」

メソンであるD中間子（ cu ）2個分の質量に2016年からBelle II 実験として新実験を開

貌を明らかにし、クォーク模型を拡張した新の基礎理論である量子色力学から、いかに近いため、4クォーク状態として解釈され注始する予定である。
この新実験が始まれば、しいハドロンの模型構築やその存在形態の解明につなげたいと考えている。

+

して「クォーク模型」が導かれるかは未だに目を浴びた。さらに2008年には Z（4430） とさらに多くの新粒子を発見するとともに、見不明であり、実際に、量子色力学は、上記のよばれる電荷をもつ同様の粒子を発見した。

つかった粒子の大きさやスピン、パリティーなバリオンやメソン以外の構造をもつハドロン

電荷を有するこの粒子は、決してcc の組みどの性質からその構造や 4クォークの相関粒子の存在を禁止していない。たとえば 4個

合わせでは構成できず、ccud など少なくともに関する情報を得ることができる。また、
これやのクォークでできたテトラ・クォーク（qqq q ）4個のクォークを構成子として含むことが確実までに発見された粒子はすべて強い相互

5 個 のクォークでできた ペンタ・クォークである。図 3 に Z（4430 ）+ 粒子が生成され作用で崩壊する不安定な粒子であるが、弱とよばれる粒子は存在しないのだ（qqqqq ）る様子とデータを示す。2011年には、5番目

ろうか
（図１中）
。
こうしたエキゾチックなハドロのクォークであるボトム・クォークを含む 2種

ン粒子の存在は長く議論され、多くの探索実610）+ および類の 4クォーク状態であるZ（10b験も行われてきたが、なかなか確たる証拠は+、2013年にはZ（3895）±など、
Z（10650）b

得られなかった。筆者自身も6クォーク状態

これまでに15種類以上ものエキゾチック・ハドの探索実験を行ったが、やはり発（qqqqqq ）ロンの発見が相次いでいる（図１下）。また、見することはできなかった。

これらの発見の多くは LHC実験などの他の＊ メガ電子ボルト
自由空間内で電子 1つが 1Vの電圧で加速されるときのエネル
ギーを 1電子ボルト（ 1eV）とよぶ。素粒子の質量の単位としても使われる。1メガ電子ボルトは1電子ボルトの10６倍。

実験においても再確認され、4クォーク状態

Bファクトリーの発見
図 1 ハドロン粒子
上：通常のハドロンは、3個のクォークでできたバリオンとクォーク・反クォーク対でできたメソンに分類される。中：これに対して、4個のクォークでできたテトラ・クォークや 5個のクォークが束縛したペンタ・クォークなどはエキゾチック・ハドロンとよばれる。下：Belle実験で発見されたエキゾチック・ハドロンの代表例。括弧中の数字は粒子の質量をメガ電子
ボルト（MeV）単位で表している。

の存在は確実となった。現在のところ、このこの状況を打開したのが、Bファクトリー

4クォーク状態がどのような構造をもっているの

実験（ Belle実験）である。Belle実験は、かはまだ不明で、さまざまな理論的考察が我々が 、高 エネルギー加 速 器 研 究 機 構

行われている段階である。

（ KEK）の電子−陽電子コライダー（ KEKB）
で行った実験で、素粒子宇宙物理学専攻

これからの展開の高エネルギー素 粒 子 物 理 学 研 究 室はBelle実験は、粒子と反粒子の対称性の破

この国際共同実験の主要グループである

れを説明する小林・益川理論の検証を行っ（図 2）。2003年に最初に発見した粒子は、た実験として知られているが、同実験の相次
高エネルギー素粒子物理学研究室ウェブページ

12

理 の 先 端 をいく Ⅰ

図 3 Belle実験でエキゾチック・ハドロンZ（4430）+が生成される反応の模式図Z（4430）+は、電子−陽電子衝突で大量に生成されるB中間子の崩壊中に発見された。右のヒストグラムは、B中間子の崩壊で放出された荷電パイ中間子（π+）とプサイプライム中間子（ψ’）の親粒子の質量推定値の分布を示したもの。
4.4 ギガ電子ボルト（GeV）付近のピークがZ（4430）+の信号を示す（1GeVは 1000MeV）。

http://www.hepl.phys.nagoya-u.ac.jp/
No.28 spring _ summer 201513

理 の 先 端を いく

Ⅱ

合成 化 学が 拓く分 子ナノカーボンの世界
八 木 亜 樹 子 物質理学専攻博士後期課程 3年

混ざり物の科学
我々の住む世界は、「分子」という小さい

図 2 シクロパラフェニレン（ CPP）を種として用いた
カーボンナノチューブの精密合成

構造単位の働きによって成り立っている。
した

シクロパラフェニレン（CPP）を塗布した基板を加熱し、炭素源となるアルコールガスと反応させることで CPP上に炭素骨格が成長し、カーボンナノチューブとなる。このとき、得られるカーボンナノチューブは用いたCPPにほぼ対応した直径と構造をもつ。

がって、現象や物質について詳細に知るためには分子レベルでの理解が必要となるが、すべての物質で分子レベルの科学が展開できているわけではない。カーボンナノチューブやグラフェンなどのナノカーボンとよばれる炭素材料の科学は、その代表例である。ナノカー
ボンはほぼ炭素原子のみから構成されるた図 3 シクロナフチレンを用いたカーボンナノベルト
およびグラフェンナノリボンの合成

め、軽く、柔軟性の高い物質である。一方で、シクロナフチレンの縮環によってカーボンナノベルト
が、また縮環と開環によってグラフェンナノリボンが得られると期待できる。

炭素の織りなす構造が生み出す機械的強度は金属のそれに匹敵する。また構造によって導電性にも半導体性にもなることができる、

ボトムアップ合成に取り組んでいる。精密にチューブやグラフェンの部分構造をもち、それ現在、
シクロナフチレンの縮環・開環方法を分子を構築するようにナノカーボンを構築す

らの分子科学的展開を可能にする分子とし検討しており、
未だ確信をもって発表できる段る試みは、
これまでのナノカーボン合成にないて興味がもたれている。科学者の合成標的

階にはないものの、期待できるデータを手にし構造のものの混合物であり、最先端の手法を

新規合成方法を提案するとともに、新奇ナノとなってからすでに30年近くになるが、
これら

つつある。

用いて分離・精製を行っても完全に純粋な分カーボンの創出をもたらすと期待できる。そのの分子の精密合成は達成されていない。私

分子構造と分子機能の追求は、物質科学てその実現には、望みのナノカーボンを純品第一歩として当研究室では、カーボンナノはこれらの未知なる可能性を秘めた「ナノの進展に貢献する。したがって分子を生みで得る必要がある。産学問わず世界中で研チューブの精密合成を指向し、その最短部

カーボンのかけら」がナノカーボン科学の新出す合成化学には、他の物質科学分野にお＊1

きわめてユニークな物質である。次世代材料として注目を集めているが、現在の物理化学的製法で得られるナノカーボンはさまざまな子として得ることは困難である。そのため現在のナノカーボン科学は依然として「混ざりAkiko Yagi

1988年愛知県生まれ。2011年名古屋大学理学部化学科卒業。同年名古屋大学大学院理学研究科博士前期課程入学。2013年名古屋大学大学院理学研究科博士後期課程進学。同年
日本学術振興会特別研究員（DC1）。2014年ロレアル−ユネスコ女性科学者日本奨励賞受賞。

ナノカーボンの精密合成
ナノカーボン科学を分子レベルで理解する物の科学」であり、一つひとつの構造、すなわことができれば、ナノカーボン材料の応用可究が行われている中、私が所属する伊丹研分骨格であるシクロパラフェニレン（ CPP）

境地を拓くと期待し、その合成に挑戦していいて不可能とされていたことを可能に変える

ちそれぞれの分子が秘める性質は、いまだに能性の拡大を含め、広くナノカーボンの世界究室ならびに JST-ERATO伊丹分子ナノの化学合成を達成した。そしてCPPを種としる。カーボンナノベルト、
グラフェンナノリボンはチカラがある。この度ロレアル ― ユネスコ

用いたCPPて化学気相成長 を施すことで、筒状およびシート状という幾何学構造こそ異女性科学者日本奨励賞をいただけたのも、にほぼ対応する直径および構造をもつカーボなるものの、高度に縮環した多環性芳香族

本研究の発展、すなわち合成化学とナノカー

ンナノチューブを得ることに成功した（図 2）。

炭化水素であることは共通している。そこでボン科学によるシナジーが創る未来に対し、

本 手 法 の 開 発によって、カーボンナノ

私はCPP合成で培われた知見をもとに、小さ

大きな期待をもたれているためであると感じチューブの精密合成に向け大きく前進するこな多環性芳香族炭化水素であるナフタレンている。今後もより一層研究に精進し、分子とができた。今後のさらなる検討によって、こで構成されたリング分子、シクロナフチレンのナノカーボンの世界を切り拓いていきたい。

れまでにない純粋なカーボンナノチューブの合成を行った。シクロナフチレンのユニークな合成、およびその性質評価が初めて可能に対称構造に起因するさまざまな特異な光物なると考えている。

性などを明らかにすることもできた。さらに、
シ

理解・活用されていない（図 1）。

にブレイクスルーをもたらすことができる。そしカーボンプロジェクトでは、
ナノカーボンの精密

図 1 合成化学が拓くナノカーボン科学
混ざり物の科学であるナノカーボン科学を、
合成化学のチカラを用いて単一分子の科学へと変える。ナノカーボンを分子レベルで理解し、活用することをめざす。

＊2

クロナフチレンは隣接するナフタレン同士を縮ナノカーボンのかけら
カーボンナノベルトやグラフェンナノリボンと縮環に伴って開環を起こさせれば、対応するいったナノカーボンは、それぞれカーボンナノ構造をもつグラフェンナノリボンになる（図 3）。

有 機 化 学 研 究 室 ウェブ ページ
14

理 の 先 端 をいく Ⅱ

環すればカーボンナノベルトに誘導でき、また＊1 シクロパラフェニレン（ CPP）
ベンゼンがパラ位で環状につながった化合物（本誌 24号
P.12参照）。
＊2 化学気相成長
物質の薄膜を形成する蒸着法の一種。加熱された基板物
質と薄膜の成分を含む気体との化学反応により膜を堆積する方法。

http://synth.chem.nagoya-u.ac.jp/
No.28 spring _ summer 201515

理 の 先 端を いく

Ⅲ

図 1 加群圏の圏構造
図は、加群圏の圏構造を表す AR箙
の基本単位である2次元格子である。
これは関手圏における単純対象の射影次元が、特定の有限個を除いて2となることを反映している。

数学に現れる組み合わせ論的構造を統一

ポスドクの頃は、アウスランダーの数学がランダー対応という、加群を本質的に有限個的に扱うものであり、団圏は団代数に圏論的少数の専門家以外に理解されていないことしかもたない有限表現型の環と、ある種のな基 礎づけを与えるものである。そこにもを嘆いていた。しかしそれは確かに、少し2次元の環の間の一対一対応に見られる。

2団傾部分圏に相当するものが現れることをずつ諸分野に浸透しつつある。

また環 が 2 次 元の場 合に加 法 圏はとくに知ったときは驚いたものだ。まったく異なる文研究で新しいことを見つけたとき、なぜそ

対称性の高いものとなり、例えば商特異点

脈で同じ概念が重要な役割を果たしていたれが先人によって見つけられなかったのか、は 2次元のときに有限表現型となる。

のである。これを契機として自分も団理論に不思議に思うことがある。高次元 AR理論

積極的に関わることとなり、変異理論をライテ

や、最近ライテンと見つけたτ傾理論がそれさまざまな特異ンや吉野＊5と構築した。また、である。そのようなものを「先人たちの忘れ点上の加群圏と団圏の間の同値を構成し、物」とよんでいる。何であれ数学の発見は2次元の場合の古典的事実を拡張した。

時を忘れさせてくれるが、そのようなものを

それではなぜ、環の表現論において 2次
元がかくも特別なのであろうか。漠然とした先人たちの忘れ物
伊山

修 多元数理科学専攻教授

Osamu Iyama

問いだが、これを説 明 することがポスドク

非可換特異点解消の概念が代数幾何時代の長期目標だった。その頃はアウスラン

学で提 唱されたのも今 世 紀 初 頭である。

ダーの遺した論文を読み解くことに明け暮上述したように環がn +1次元の場合にn 団

れていた。そこからもこの問いに対する試行

傾部分圏は高い対称性を有するが、これはを読み取ることができ、あたかも彼の遺した非可換特異点解消に表現論的な基礎づけ

課題のようにも思えた。数年間の考察の末、を与える（図 3）。ビーレフェルトの集会では、

加群圏の特別な一部分に着目すると、そこ

2団傾部分圏と3次元の極小モデルプログラ

では AR理論の高次元類似が展開できるこ

ムの関係が、イギリスの新進気鋭の若手研とに気がついた。そのような一部分をn 団傾究者の講演で解説された。

部分圏とよぶ（論文では別名を用いている

最近では、表現論でよく知られている重みが、下記の団理論との関連からこのように付き射影直線を高次元化した、GL射影空

よぶ）。その構造は本質的にn +1次元となる。

間を導入した。ビーレフェルトの集会では、
それへの高次元AR理論の応用を講演した。

の影響力を再確認する良い機会であった。

よる組み合わせ論的・幾何学的手法などの

ここで n は自然数であり、1団傾部分圏は加2014年 11月にドイツのビーレフェルト大学「環」とは数の体系の一般化であり、足し新発見を契機として1970年代に成立した。

群圏全体のことである。つまり表現論におけで開催された研究集会に出席した。これは算、引き算、掛け算のできる集合のことであ1つの環はさまざまな加群をもつが、そのる2次元の特殊性は、加群圏が 1団傾部分＊１

代数学分野の業績で著名なアウスランダー

る。整数が環の代表例であるが、実数や複全体は圏という美しい数学的構造を形成す圏であることにほかならない。また n +1次元の没後 20周年を記念する集会である。彼

素数をはじめ、多項式や行列などさまざまなる。1970年代に展開された AR（アウスランの孤立商特異点は、有限表現型の n 団傾の最大の功績は、関手的手法に基づいて例があり、現代数学の基本概念の 1つとなっダー・ライテン）理論は、箙によって圏の構造

部分圏をもつ。以上をまとめた論文が 2004

「環の表現論」を研究する新分野を創立している。大学 1年の線形代数では実数のなを図示することを可能とした。
「次元」は数年に完成したが、AR理論から30年経て次たことである。集会はアウスランダーの長年す環に対してベクトル空間を調べるが、一般学的対象の大きさや複雑性を表す数値での段階にたどり着いたように感じた（図 2）。

の共同研究者であったライテン による概説の環に対してベクトル空間に相当するものをある。代数学における重要な次元として大ゼルビンスキー＊4
今世紀初頭にフォミン＊３、

講演に始まり、計 15名の研究者による講演「加群」とよび、加群を調べることを環の表域次元とクルル次元があり、これらの間にはによって団代数（クラスター代数）が導入さがあった。3日間という短期間だったが充実

現論とよぶ。この分野はアウスランダー、ライ

密接な関連がある。
AR理論を一言で表すとれ、続いて 2004年には団圏がライテンたちした集会であり、アウスランダーの研究成果

テンらによる圏論的手法や、箙（クイバー）に「加群圏の構造が本質的に 2次元である」

によって導入された。団代数はさまざまな没後 20年の記念集会

＊２

えびら

伊山
16

理 の 先 端 をいく Ⅲ

特別な n 団傾部分圏の圏構造の基
本単位はn +1次元格子で与えられる。図はn =2の場合である。

ことに集約される（図１）。その原型はアウス

AR理論の高次元化

1973年生まれ。京都大学理学部卒業（ 1994）、京都大学大学院理学研
究科数学 ・数理科学専攻修了（ 1998）。 博士（理学）。2002年姫路工業大学（現 ・兵庫県立大学）大学院理学研究科講師、2005年名古屋大学大学院多元数理科学研究科助教授、2007年名古屋大学大学院
多元数理科学研究科准教授、2009年から現職。専門は環論、表現論。

図 2 n 団傾部分圏の圏構造

修 ウェブ ページタウ

見つけたときの感慨には格別のものがある。

＊1 M.アウスランダー（1926 _ 1994）
アメリカの数学者。
＊2 I.ライテン（1942 _ ）ノルウェーの数学者。
＊3 S.フォミン（1958 _ ）アメリカの数学者。
＊4 A.ゼルビンスキー（1953 _ 2013）
アメリカの数学者。
＊5 吉野雄二（1954 _ ）岡山大学大学院自然科学研究科教授 。

図 3 2団傾部分圏の変異グラフ
ある3次元超曲面特異点は 12個の2団傾部分圏をもち、それらは変異によって図のように関係している。

http: //www.math.nagoya-u.ac.jp/~iyama/
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理学部交差点
同窓生から

科学と非科学の二足の草蛙高エネルギー加速器研究機構研究交流推進室員

キャンパス通信

多元数理科学研究科
設立20周年にあたって

居心地の良い学びの場所

多元数理科学研究科長

オペラ講座講師

菅野浩明（ Hiroaki Kanno ）大須賀鬨雄（ Tokio Osuka ）18

キャンパス通信50年近く前のことだが、学生であった私は名古屋

カナダのカールトン大 学で博 士 号を取 得しマサ

大学院多元数理科学研究科は、大学院重点化の理学部 A館 1階、理学図書室の向かいにそのス

大 学 物 理 部の教 育 委 員会のメンバーでもあった。

チューセッツ工科大学やフェルミ国立加速器研究所

流れの中、1995年 4月に独立研究科として設立され

ペースはある。
「理学部学生向け学習室・ラウンジ」と当時はゼロックスコピー機が超貴重品の時代でありで働いてきた私が、招かれて日本に来たとき、バブルのた。研究科では設立 20周年を記念し、昨年 11月19日

いう案内に導かれて中に入ると、左右に丸テーブルと職員以外は使用禁止となっていた。しかしセミナーで時代の後遺症なのか日本人の心が随分荒んでいてに講演会および祝賀会を開催した。研究科の名称でチェアのセットが配置され、さらに進むと今度はロー使われる資料の多くが洋書であり、しかもその本の信じられない事件が多発していた。
その頃は高エネル

ある「多元数理」は英語では Polymathematics とテーブルとソファがならぶカフェのようなスペースになっ中の 1章程度のみがセミナーで取り上げられたので、

ギー加速器研究機構ではトリスタン計画の立ち上げなるが、名詞 A polymath には、レオナルド・ダ・ビンており、その奥には会議テーブルとホワイトボードの学生にとってそれらの洋書を購 入するのは大変でで超多忙であったが、要請されたとはいえオペラ講座

チに代表されるような、数多くの異なる分野の専門知ある部屋が続く。ここまではコーナーごとにパーテーあった。費用はきちんと払うからゼロックス機を使わせの講師を引き受けたのは、何かせねばならないという識を身につけ問題解決にあたる人という意味がある。

ションや自動ドアによって区分けされた比較的オープンてほしいと私は教育委員会で訴えた。その翌日「一番強い思いがあったからだ。科学の力は大だが、科学

現代では専門分野が細分 化され一人の人間がカなスペースになっている。一番奥の一室は、隣席とのゼロックスを必要としているのは学生であるとわかった自体からは心の優しさは帰納されない。いわば科学とバーできる知識は限られるが、ネット上では数年前か間に間 仕 切りが設けられた机が用意された、正にのだから、以降学生は無料でゼロックス機を使用して芸術は相補的な立場にある。どちらか一方だけでは

ら多くの 数 学 者 が 協 同して 問 題を解こうとする

学習室らしい雰囲気がただよう。

よい」という坂田昌一先生の言葉が私に伝えられた人間としてバランスを欠くと私は考えている。新しい発

Polymath Project なるものが存在する。

ときは驚いた。

想を導入するために、つくばの国際化のために頑張っ

さて、数学には大きく分けて「問題解決」の文化とを受賞した小林誠博士、益川敏英博士、ノーベル化

我々学生たちはゼロックス機の使用量を最低限にたことで総務大臣表彰もいただいた。長年科学と文「理論構築」の文化があるといわれている。問題解決

学賞を受賞した下村脩博士の業績や研究内容につ止めるため最大限の自主努力をした。正しいことを正化の双方に足を突っ込んできたことは、ポーランドの大という視点から見た多元数理の意義が上で述べたこいて紹介されたノーベル賞展示室だった。2001年のしいと認知し行動することを教えてくれた最初の人が学で教育や科学、技術に関する講演をすることにつとにある一方で、数学を単なる知識や道具の寄せ集

E S 総 合 館 竣 工に伴い展 示室は同館に移 転され、坂田先生であった。科学のみならず生き方まで我々

ながり、ポーランド国会内の特別なEUの集まりで法律

めに終わらせないために、それらを統一的にとらえる

現在の施設に改装された。

は名古屋大学で学んだ。思えば私たちはとても好運

についてお話しする機会もいただいた。マサチュー

理論を探究することも多元数理の大切な目標であ

私語禁止の図書室に対して小さな声なら話ができであった。苦労して外国語の教科書を読み解いてセッツ工科大学時代のボスで長年の友人でもあるフる。実際、まったく無関係と思える物事の関係を見出る。雰囲気の違うテーブルが選べるなど、
リラックスしていったことは日本の外に出たときにとても役に立った。

リードマン教授は、私をルネサンスマンとよぶ。一分野

すことが数学の進展をもたらしてきた。研究科では勉強ができる空間として学生たちの人気を集めており、10代の頃放送局でクラシック歌手として活動していに特化しないことを選んだことを後悔はしていない。

設立 20周年を機に外部評価を実施し、貴重な助言

試験が近づくとノートやパソコンを囲む学生たちで満席たお陰で、シカゴで 2年間オペラ演出家特別養成コー

広い視点でものを見ることができるようになった。私はをいただいた。これを踏まえて「問題解決」と「理論になる。図書館では堅苦しい、
カフェはお金がかかる、

スに招かれオペラにも出演した。とはいえ後に200年

これからも二足、三足の草蛙を履き続けていくことで構築」の両面で「多元数理」の名に恥じない研究科

友だちとはゆるやかにつながっていたい、そんな今時の以上の歴史をもつチェコの劇場でオペラ演出家としてあろう。もう70歳近くになった私からの次世代への遺とする取り組みを続けていきたいと思う。

学生たちにとって、このスペースは気持ちよく勉強が雇われたのは予想もしていない展開であった。

言のつもりだ（1970年修士課程物理学専攻修了）。

2007年チェコでオペラ「夕鶴」の演出を担当

主役のカテリーナ•クラモリショヴァと理学部交差点

もともとはこの場所は、2008年にノーベル物理学賞できる場所になっているようである（K）。

向井茂京都大学教授による講演

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