No.10

Proceedings of the Japan Academy,Ser. B ニュースレター
目次
挨拶

1

インタビュー
トピックス

香取秀俊

氏

原子物理の先駆者長岡半太郎に新たな光Vol. 93 掲載論文紹介18
9Proceedings of the Japan Academy, Ser. B について 12

挨拶ました。これに伴い出版された論文数も多く 50 編でした。論文数の増加は喜

Editor-in-Chief

ばしいことですが、これに伴って論文の質も向上することを期待しています。

大塚 正徳

昨年 PJAB に投稿された論文数は例年に比べて多く、年末には 100 編に達し

PJABを高いレベルに保つことは編集委員会に課せられた責任と思っています。
PJAB の特徴的なことの一つは、読者が広い専門分野に属していることです。そこで広範囲の読者を対象としている点で代表的な Nature の投稿規定を調べてみました。Nature では、article の最初におかれた 150 words 以内のsummary は専門外の読者を目標にしているとはっきり書いてあり、そのうえ
summary の内容として書くべきことも詳しく指示されていました。この点については、PJAB 編集委員会でも将来検討が必要になるかも知れません。

人々が時間を共有するための道具である時計
は、前世紀半ばまで地球の自転で定義されていました。ところが自転は潮汐摩擦の影響で遅くなり、誤差が生じます。1955 年に原子時計が発明されると、この分野は天文学から物理学にシフト
し、1967 年以降は 3 千万年に 1 秒以下という高い精度で計れるようになりました。’80 年代には「単一イオン光時計」の原理が開発されました。
さらに精度を上げるため、特別な波長の光で作った格子の入れ物に約千個の原子を入れ、それらの原子の振り子を同時に観測する「光格子時計」

インタビュー

香取秀俊

×

（聞き手）

霜田光一
小林 誠
山崎敏光

は、数時間の測定で 18 桁の相対精度を達成する（300 億年で1秒しか狂わない）時計です。今回は、
光格子時計を発明した東京大学大学院工学系研究科教授で理化学研究所主任研究員の香取秀俊
博士にお話をうかがいました。聞き手はいずれも日本学士院会員で、メーザー・レーザーが周波数の高い発振器としてすぐれた原子時計となることを明らかにした霜田光一・東大名誉教授、素粒子物理学が専門の小林誠・高エネルギー加速器研究機構特別栄誉教授、原子核・素粒子研究が専門の山崎敏光・東大名誉教授です。
左より小林誠氏、香取秀俊氏、霜田光一氏、山崎敏光氏

世界でやっていない
新しい手法で科にはそういう方面の研究者や学生がドイツのマックスプランク量子光学研

たくさんいて、原子物理は今や最先端究所（MPQ）へ行くことになったのの学問になっています。

ですが、その頃はイオントラップでつ

霜田：香取先生は、清水富士夫先生の香取：レーザーを使った原子物理が発かまえた単一イオンを見る原子時計が研究室でレーザーを用いて原子を冷却展したのは、やはり原子核の実験に比

最先端で、大多数の研究者が「単一する研究を始められたのでしたね。そべると気軽にできるからだと思いま

イオン時計」を追いかけていました。

れが現在の研究の土台になっているのす。半導体レーザーの進展が果たしたポール博士が発明した「ポールトラッ

ではないかと思います。

役割は非常に大きく、昔は色素レープ」の原点にイオンを捕まえると、そ

香取：はい、そうです。東大工学部物ザーを使った大がかりな実験をしなくこは四重極電場の原点になっているの理工学科の大学院生だった頃です。

てはいけなかったのが、今は手軽な半でイオンには電場の摂動が生じませ山崎：物理工学科は素晴らしい研究者

導体レーザーでできるようになりましん。これは、原子時計を作るための完をたくさん輩出されていますが、非常た。以前は「レーザー冷却」とか「単璧な入れ物です。デーメルト博士は、に基礎科学的なことをやる所ですね。

一原子を観測」といった物理の基礎に

ポールトラップ中の単一イオンに対し

香取：確かに、物理工学と理学部物理

迫る、個々のトピックスが面白かったて量子跳躍を観測し、単一イオンを計の境界はあまりなくて、どこが境界かのですが、今はそれらを融合させ、シ測する実験技術を作り、それを使うとというと素粒子や天文があるかないか

ステムとして新たな実験ができるよう

将来 18 桁の精度の時計ができると提くらいですね。物理工学はエンジニアになったことが進展だと思います。昔唱しました。

リングと繋がりそうな物理が多いでは単一原子の量子跳躍を「見た」だ

ポール、デーメルト、ラムゼーの 3す。当時はレーザー冷却のどこがエンけで十分なトピックスで、その先に続氏が 1989 年にノーベル物理学賞を受

ジニアリングと関わるだろう？と思っく応用なしに論文が書けましたが、今賞したこともあって、この分野の研究ていましたが、それが 20 ～ 30 年かけはそれを手法として使ってどんな新し者は「次世代の原子時計はイオン時計て進化し、エンジニアリングに使えるい物理が見えるのか、どんな新しい技の方向で決まりだろう」と考えるよう手法になったのは嬉しいことです。

術に結びつくのかが重要になってきまになりました。けれど、単一イオンで

山崎：レーザー冷却が次々に発見されした。

時計を作るのは測定の統計を取るのにるようになったのは、年次で言うと

山崎：光格子時計の実験を始められた

時 間 が か か っ て 難 し い 実 験 で し た。

……。

動機は。

マックスプランク研究所のワルター教

香取：ポスドク（客員研究員）として授が単一イオン時計の実験をなさって

香取：1982 年に W.D. フィリップスが「中性原子をゼーマン減速

＊1

＊2

した」と

発表したのが、中性原子での始まりです。その前に、イオンで冷却できたという報告が 1978 年でした。
山崎：物理の中でも素粒子などの分野は最先端で、原子物理はどちらかというとその対極にありました。それが急
速にいろんな面から注目されるようになってきたのは、やはり単一原子とか、レーザー冷却などが研究できるようになったからですね。だんだん素粒子そのものの研究にも使われるようになって、分野が融合してきた。最近の重力波発見はよい例ですね。物理工学＊1＊2

ゼーマン減速：ゼーマン効果を利用して、原子の運動をレーザー光で減速する方法。
量子跳躍（quantum jump）：原子に光が当たると、内側の軌道を回っていた電子が外側の軌道を回るようになる現象。

2 PJA Newsletter No. 10 2018 Mar.

いたので、「それをやりたい」と清水になるので、さらにいい。それじゃ、先生に相談したら、「単一イオンの時

中性原子を使って、トラップの摂動を計の実験なんかすると、君は将来、ポ

受けず、しかもラム・ディッケの領域

ストを取れないよ」と言われました。

につかまえるような新しいトラップのその頃、単一イオンの時計は確かに理仕組みはないかな、と思って研究を始想的に見えたけれど、実験は非常に大めました。

変でスローペースでした。だからポス

山崎：なるほど……。

ドクで 2 − 3 年研究しても論文が書け

香取：日本に帰ってきて、新しいプロ

ないと清水先生は心配して「そんな実ジェクトをやろうとしても、欧米で先験には参加しないほうがいい」とアド

行してアイデアがあるものだと日本でバイスをくださったのだと思います。

抜かすのは難しいとしみじみ感じまし実際、そうでした。隣りのグループがた。MPQ では毎週のようにセミナー

まさにその単一イオンの時計と格闘しが開かれ、世界トップの先生方がやっていて、彼らは朝、レーザーのスイッてきて、「こんなデータが出ています」

チを入れてウォーミングアップを始と最新の研究成果を披露し、情報交

め、昼頃に実験を始めて、それから半換に来ていました。その頃、日本はま

日くらい実験データをとり続け、夜にだ外国人がわざわざ最新成果を披露し同じになるような波長の光でトラップ

データを見て「そもそもイオンがいなにやって来るような時代ではありませして、光トラップに原子を入れたままかった」なんて言って帰るのを繰り返んでした。世界でもう行われている研冷却できるような系を作りましょうとしていました。実験の出来・不出来を究だとすでに情報戦で敗れている、逆提案しました。これが、魔法波長

その場で判断できれば、次にどこを調に、世界で誰もやっていないような研発見した最初です。最初の冷却実験が整しようか考えられるけれども、それ究だと、日本にいれば情報が外へ出てうまくいった後、原子時計の国際会議が単一イオンの統計を半日取ってやっいかないので、そういう状況をうまくから講演依頼が来たので、「原子時計と調整指針が得られるようでは、時間使えないかなと思って。

に応用するようなアイデアを考えないがかかって「大変だな～」と横でしみ

一同：
（笑）。

と発表できないな」と思って、今の光じみ感じていました。

香取：ドイツから帰った 1997 年に、格子時計のアイデアを提案しました。

小林：それが何年頃ですか。

五 神 真 先 生（現 東 京 大 学 総 長） のそもそも原子時計をやりたい思いは

香取：博士を取得してガーヒングにあERATOのプロジェクトに参加したあったのですが、世の中でやっているるマックスプランク研究所に行ったののですが、五神先生がボース凝縮

をような単一イオンの時計の方法だと勝は 1994 年です。単一イオンの光時計

目標にされていたので、アルカリ土類

負にならないので、新しい手法を見つは理想的な特徴を兼ね備えていまし元素のストロンチウム原子の冷却実験けたというわけです。

た。イオントラップでは非常に強い閉を提案して始めました。レーザー冷却

山崎：超高分解能分光ができるとなるじ込めで、原子を波長よりも狭いラの到達温度は線幅に比例するので、狭と、物理学の先端中の先端のテーマだ

ム・ディッケの領域に閉じ込め、ドッ

い線幅を使えば使うほど冷却温度が下と思うのですが、それといい時計を作

プラー効果が除去できます。一方、イがります。ストロンチウムの遷移は 7るという意味では同じ？

オントラップではイオンを電気力でト

kHz の自然幅を持っているので、そ

香取：ええ、全く同じです。

ラップしているので、基底状態・励起れに相当する 400 ナノケルビンまで

山崎：だけど、世の中へのアピールの状態の電子状態にはトラップの大きな冷却できるはずであると考えて始めま仕方としては、一方は基礎科学的な話

摂動は加わりません。イオンが捕まるした。ボース凝縮を作るのに、シュタで、もう一方は実用化。その 2 つがう

ポールトラップの原点では電場もゼロ

ルクシフトを打ち消すように分極率がまく噛み合って、どちらも発展するこ

＊3
＊4
＊5

＊3

＊4

光格子時計の基本原理。魔法波長で光格子を作って原子を閉じ込め、時計遷移を観測する。基底状態と励起状態で分極率が同じになる波長のレーザー光で光格子を作れば、原子の固有振動数を計ることができる。

＊5をERATO：科学技術振興事業団（現・科学技術振興機構）の創造科学技術推進事業。
ボース凝縮：粒子が極低温に冷却されると、集団としての運動状態の分布に変化が生じ、基底状態にマクロな数の粒子が占有し凝縮状態になること。粒子の波動関数の位相が揃い、自発的に対称性の破れを生む。
魔法波長：レーザー光を使って原子を閉じ込める際、原子の遷移周波数が閉じ込めによる影響を受けない特定のレーザー光の波長。

PJA Newsletter No. 10 2018 Mar. 3

とになったのは大変よかったですね。
小林：実際に最初に動いたのは何年ですか。
香取：2003 年に初めて実験的に魔法波長を決定し、時計の動作をさせたのが 2004 年です。その頃は、時計の動作をさせると言っても、数人がかりでレーザーを調整し、やっと 30 分ほど動くといった実験をしていたので、原
理検証ではあったけれども、時計にはりも、量子情報処理のほうが遅れてい1995 年に提案されていて、まさに時程遠く、まさに高分解能分光の実験るかもしれない。

計遷移をキュービットにしています。

という感じでした。それが今は、イン

香取：私も量子コンピューターには非イオンを使ったコンピューティングのターネット経由で研究員がレーザーを常に興味がありまして、光格子時計を提案が出て、後追いすることもできな

調整して一週間以上動かし続けられま

最初に提案した時、頭の中では量子い。光格子時計ベースだったら、まだす。だんだん時計らしくなってきます

コンピューターのキュービット

だとやりようがあるかなと考えました。原

が、世の中の人が思う時計って「1 年思っていたんです。

子を自由自在に操るための道具立てがや 2 年、止まりませんよね」というの

霜田：なるほどね。

いろいろ揃ったので、今後はそれらをが本当の時計なので（笑）
、そういう

香取：3 次元の光格子の中に 1 粒ずつ使っていかに役に立つ道具を作るか。

ところまで頑張りたいと思います。

原子を入れて、基底状態か励起状態かそれを使って、今度は新しい物理を探

霜田：先ほど実験装置を見せてもらいで、量子コンピューターのキュービッ

るための道具を作ることが大事だと思ましたが、ああいうミラーマウントもトになります。魔法波長トラップは、います。

日本ではなかなかすぐには買えなかっキュービットのコヒーレンス時間を延たというか、まだ出ていなかった時

ばす工夫でした。2000 年頃の作戦と代ですよね。2000 年代に入ってからしては、いきなり量子コンピューター

じゃないかな、小さいロバストなレーで研究費をもらうのは大変だし、時間

小林：18 乗とか 19 乗の桁の精度とザーができるようになったのは。

もかかるから、まずは集団として |0>

か、時間の制御というのは最も基礎的

香取：技術の進化に負うところは、非状態、|1> 状態の励起を実証するのがなことですが、物理の他の分野にどう常に大きいですね。私が清水研に入っ

いいかなと思ったんです。そうやっていう影響を与えるのかというお話をいた頃はまだ工作室で作ったような手作実現できるのが時計です。

ただけますか。

りのミラーマウントがある時代で、そ

霜田：そうだね。

香取：それはぜひ、私も教えていただのようなミラーマウントだと、数個動

香取：全部のキュービットが |1> 状態

きたいことです（笑）。今、実験装置

かす分にはいいけど、ここの実験室でに励起するようにレーザー周波数を制を東京スカイツリーに持っていって相やっているように 100 個 200 個の単御すれば時計になります。この頃、ワ対論の検証をやろうとしています。東位ではとても動かないです。

インランド先生はイオントラップを大と理研で時計の比較をする実験を

霜田：少し話は違いますが、量子コン

使って原子時計を作るというのと、量した時は、重力赤方偏移から、15 m

ピューターの進歩も似たような研究で子ビットの最初の実験的な実証をされの標高差を時計の精度の 5 cm で測定すね。原理的な実証はできているけれていて、それを見ていて時計と量子コしました。この標高差は国土地理院

ども、それをシステムにしたり、長時

ンピューターは同じものだと思ったのが行った水準測量の結果と合いまし間使えるようにすることは目鼻がつかで、光格子時計を進めるのもそんな具た。15 m の標高差を 5 cm で出したないというか、つきかけているといっ合でいこうかなと考えました。イオンというのは、逆に言うと 3 桁で相対論た状況でね。香取さんの光格子時計よを使った量子コンピューティングはが正しかったという証拠になります。

＊6

キュービット（qubit）：量子情報の最小単位。 quantum bitともいう。

4 PJA Newsletter No. 10 2018 Mar.

＊6

時間の制御がもたらすもの時計による相対論の検証がどこまでて、それによる位相のズレが起こりま題が生じてくるのではないか。そこが行われているか調べてみると、NASAすね。それと高低差によるシフトとの面白いところですけど、どこからそうが 1980 年に Gravity Probe A という区別はどうやったらできるのですか。

いう問題を切り開いていくか、非常にロケット実験で、水素メーザーを 1 万

香取：ファイバーで 2 つの時計をつな

チャレンジングなことのように思えま

km まで打ち上げて、重力赤方偏移とぐ時、ファイバーは引っ張れば伸びるす。でもまずは、それが計れる超高分相対論の予言がどこまで合っているか

し、気温が上がると伸びてしまいま

解能分光の装置がなくては何も動きまを調べた実験が 4 桁の精度で相対論をす。伸びるってことは、こちらの時計せんね。極限を追求する香取先生の装検証しているんですね。

から見ると、他方の時計が速さ v で向置が出来て実験が実現したとき、それ

霜田：そうですね。

こうに行くので、ドップラー効果で周から生まれるサプライズを追って考え

香取：理研と東大で高さはそんなに気波数が低くなります。そのドップラー

始めるようになる。人間が予言する能にしなかったにもかかわらず 3 桁だっ効果を 18 桁以下にするには、v/c ＜力って限られているので、何かのきった。では、意図的に少し高低差をつけ10、つまり速度を v ＜ 3 × 10

m/s

かけで初めて気が付くことが多いですてやれば、NASA のロケット実験を上に抑える必要があります。ちょっと熱よね。ゼロ効果だと言われても、とに回るだろうと。それが今回、スカイツ

膨張が起きると、簡単にドップラー効

かく計ることを続ければ、凄い発見がリーでやろうとしていることです。一果が起きる。それで今の実験では 2 台

生まれるような気がしてきました。

つを 450 m の展望台へ持っていき、もの時計をファイバーでつなぐとき、マ

香取：私もそう思います。時計の研究

う一つの時計を一階に置いて、時計にイケルソン干渉計を組み入れて、ファをして、そういう基礎的な興味を持つ

450 m の高低差をつける予定です。

イバー長が一定になるように電気的な研究者は「ゼロだと思っていることを小林：でも、光ファイバーでつながな制御を入れています。ファイバー経由

検証しましょう」という感覚なんです

きゃいけないでしょ。スカイツリーにで送った光を戻して干渉させて、アーよね。先ほどの異種の原子の周波数比も、縦に。

ムの長さがいつも同じになるようにしが一定かどうかというのも、とりあえ

香取：ええ。スカイツリーは電波塔なます。理研―東大間の実験でも、30ずみんな一定と思っているんだけれど

ので、通信用のファイバーをたくさんkm のファイバーで巨大マイケルソン

も、そこに一定じゃないものが出たら持っているんです。そのうちの 1 本を干渉計を組み、重力干渉計と同じよう面白いだろうと……。みんながゼロだ

貸してもらう予定です。450 m を時なことをしています。

と思っていることが、ノンゼロかもし計の不確かさ 1 cm で読めれば、5 桁

山崎：非常に面白い実験ですが、難しれないのを検証するために大実験を構の検証ができるんです。それと同時

い点もたくさん含んでいる気がしま

想し、それに大きな研究投資をするのに、光格子時計がどのくらいのサイズ

す。10までわかるようになったらは大変ですが、今やっている研究が心に収まるか、小型化の実証実験にもし面白いと思いますが、では何を実際に地好いのは、ちゃんと役立つ光格子時たいと思っています。

計るのか、その基準と較正をどうする計を作っているからです。だけど、そ

霜田：その高低差の測定について考えか、などなどと考えてみたら、よくわの副産物としてサイエンスでいろいろてみました。東京スカイツリーなら同からなくなるんですね（笑）。重力っ

遊べて楽しい。だから、納税者にちゃじ場所だからいいのですが、遠方の場て、どこでも違うという問題がある。

んと説明がつき（笑）
、基礎的サイエン

合、たとえば東京と名古屋とか、京都重力を作っている地球という巨大な物

スを同時に楽しめるというところが、とかとの間の高低差の比較をする時に、体の中味はよく分かっていない。天体

この実験のいいところかなと思います。

光ファイバーのリンクでつなぎますね。

の及ぼす日周、年周効果、などもあ

霜田：α（微細構造定数）の恒常性に私が気にするのは、その際に重力シフる。地球や天体全体が及ぼす電磁場についての実験は、どういうふうに視野

トで周波数が変わるわけですが、そのしても、何処までがバックグラウンドに入れていらっしゃるのですか。

ほかにファイバーが、先ほど圧力によであるか、どれが知りたいシグナルで

香取：それがまさに水銀原子とストロるシフトということを言いましたが、あるか、その同定が難しい。逆に言えンチウム原子で作った原子時計の周波

圧力だけじゃなくテンションも変わる。

ば、地球全体から来ている効果と、小数を比較するという話です。それらのストレスが変わるわけだから、地殻がさな実験室で検知できる部分とがどの周波数比は周波数コムで正確に測定で動いてファイバーが引っ張られたりしくらいの S/N 比になるかといった問き、今の場合だと、時計の精度の 18

− 18

− 18

− 10

PJA Newsletter No. 10 2018 Mar. 5

う」と提案する時、最初にどう言えばいいか、ぜひ良い教えをいただきたいと思うのですが……。
一同：（笑）。

光格子時計のある世の中
香取：たとえばアメリカが GPS を整備した背景には米ソ冷戦という文脈が桁まで測れます。原子の遷移周波数はす。トリウムの原子核時計にしても、あって 、問答無用で推進したわけでボーアの項 × 相対論補正の項を測定し多価イオンを使った原子時計にしてす。でも光格子時計のネットワーク

ます。相対論補正は 1 ＋ αZ で原子も、時計とは名前はついていても、実だと「50 年後の社会インフラとしての核電荷 Z に依存します。Z の大きめ用になるような時計ではないので、役重要です」と言っても、「じゃあ、明の原子と小さめの原子、たとえば水銀に立つかもしれないという意味では、

日やる理由はどこにあるんですか」ととストロンチウムの原子で比をとる

光格子時計は感度は低くても、副産物言われて「ウーン……」となってしまと、水銀原子は α が変わった時の周としてはいいかなという気がします。

う。出来た将来の姿から再構成してみ

波数依存性が、Z の 2 乗分だけ大きい。

小林：ほかにも資源探査とか、活火山

れば、こういうツールがあったらいろ

ストロンチウムはそれに比べて、あまの予知とか、いろいろお話があったといろなことに役立つと思うのですが、り変わりません。たとえば周波数比を思いますが。

今それをすぐ配備しなければいけない

今年取って 10 年後、あるいは 10 秒後

山崎：地震予知とか……。

必然性はなくて、どうしたらいいかな

でもいいんですが、そこで周波数比が香取：その辺はなかなか真面目に考えと……。マグマの移動とか火山の噴火

変化しているかどうかを見る。変動しるのは難しいんですけど（笑）。先ほとか、いろいろ想像をめぐらせていまていれば、それは α が変動している

ど山崎先生が、地球のちょっとした質

すが、光格子時計が未来をどう変える証拠となります。一方、α が重力と量の偏りみたいなものをどうやって捕かを予言することは難しいんだけれど結合があるかどうか知りたければ、たらえられるのかというお話をされましも、いったんインフラができて、それとえばスカイツリーの上でやった場合たが、捕らえるとしたら、面的に光格に乗った応用がいろいろできてくると理研でやった場合で周波数比が同じ

子時計のネットワークを作って、空間と、逆に「あっていいでしょ」というかどうかを調べることで α と重力の的にマッピングしてやるというのが、話になるはずです。

結合の有無も分かります。精度の高い解じゃないかと思います。今は GPS

山崎：地球の問題なら、やはりどこか

時計が 2 つあれば、いろいろ面白い基というツールがあり、時刻同期ができ実際に地上に起こってくる地震などと

礎物理実験ができます。

ていて測位できて、地震の後だと、そ関連づける分野の学問があると思いま

小林：たとえば 1 年後に比較するとしの測位でどう地形が変形するかといっす。だけどそれが超精密時計と関連づて、α に対する感度はどのくらい？

たことがインフラとしてあるわけでけるという話になると、やっている人

香取：水銀原子とストロンチウム原子

す。光格子時計をそういうインフラとはいないと思います。たとえば地震とで 17 桁の精度で周波数比較ができれして日本で整備したら面白いだろうと津波だけでも非常に大きな問題ですかば、α に対する感度は 10/ 年ほどで思います。たとえば地下で質量分布

ら、面白いことが出てくるのであれす。感度そのものが大きい原子ってあの変化が起これば、2 つの時計で重力ば、いがみ合いによる、つまらない戦

ります。たとえば、トリウムの核遷移

ポテンシャルの差として見えます。時争に多額の金を費やすよりは、副産物を見てみると 1 万倍とか、多価イオン計が面的につながっていれば、重力ポの多い時計に投資したほうがいいといのある遷移を使うと、光格子時計の比テンシャルをマッピング可能になりまう考え方は当然あると思いますね。

較をするよりも感度が 100 倍もあります。
「そういうインフラを作りましょ香取：光格子時計がどれくらいの大き

2

＊7

− 17

アメリカ国防総省の軍事衛星によって運用されるGPSは、1983年の大韓航空機撃墜事件を機に民間に開放された。

6 PJA Newsletter No. 10 2018 Mar.

＊7

冷蔵庫くらいのサイズを想定していまいて、今度は G（重力定数又は万有引す。このくらいのサイズで 18 桁の時力定数）を計るような実験をすると面計ができるんだっていうと、なんとな

白いなと思っています。

く現実的です。面的に光格子時計の山崎：面白いですね。お話は尽きない。

ネットワークを作ってやると、周波数

霜田：いろいろと夢のような発展があの差として、重力ポテンシャルの情報

るから……。

がリアルタイムで見えてくる。

小林：精度が上がれば、マグマの位置

山崎：何乗になるといったことは、もまでも追いかけることができるようにう理論的にはわかっているのですか。

なるでしょう。

香取：マグマが動いてどう変化するか

山崎：今後、大いに期待できる分野でということも、モデル次第でどんな体すね。本日はどうもありがとうござい持ち運び可能な光格子時計のプロトタイプ。大型
冷蔵庫サイズに全ての実験装置を収める。

積を仮定するかによりますが、計算しました。

さになるかという予想図です。霜田先

ンシャル計だけれども、加速度で見え

香取 秀俊（かとり ひでとし）

生がおっしゃった東京と京都のようにる情報とポテンシャルで見える情報は離れた場所にある時計をファイバーで違うので、原子加速度計を作って、2つないで、高低差を見る時に、潮汐のつの方法を組み合わせれば、深さ方向効果がリアルタイムで効いてきます。

くらいのラフな情報って何か出てくる

小林：潮汐による重力ポテンシャルのかもしれない。それで、最近は原子干変化ですね。

渉計にも取り組んでいます。

霜田：それは、セシウムの時計でもす

山崎：雄大な規模ですね。

1964年、東京都生まれ。1988年、東京大学工学部物理工学科卒。同大大学院工学研究科修士課程修了。マックスプランク量子光学研究所客員研究員、科学技術振興事業団グループリーダーを経て、’99年東大工学部助教授、2010年同大
大学院工学研究科教授、’11年から理化学研究所・
香取量子計測研究室・主任研究員。2012年朝日賞、東レ科学技術賞、’13年仁科記念賞 ’14年紫綬褒章、’15年日本学士院賞、’17年江崎玲於奈
賞を受賞。

でに測定されていて、精度は違うわけ

香取：原子干渉計では、中空の光ファ

霜田 光一（しもだ こういち）

だけど、2 桁くらいまでは測定されてイバーの中でラムゼーの分光をしてやいるのかな。

り、ファイバー軸方向の加速度を見よ

香取：東京と九州の時計をつなげて実

うとしています。光格子時計の場合、

験すると、6 時間で 14 cm、東京・九原子の運動によるドップラー効果が時

州が相対的に上下するのが見えるはず計の精度を低下させるので格子に閉じ

1920年、埼玉県生まれ。東京帝国大学理学部物理学科卒。1948年東大理学部助教授（物理学）、’59年教授となり、’60年より理化学研究所主任研究員を兼任。東京大学名誉教授、理研名誉研究員、日本学士院会員。1974年東レ科学技術賞、’79年米国光学会C.E.K.Mees Medal、’80
年日本学士院賞、’90年勲二等瑞宝章、2008年
文化功労者。

です。今まで時計を比較する時、潮汐込めますが、干渉計の場合は魔法波長の効果を動的に入れる必要はなかったのレーザーを進行波にして格子を作らのですが、18 桁で比較する時は動的ないようにします。そうするとファイに入れないと比較ができなくなる。逆

バーの軸に沿った原子ガイドとして働に言うと、こういうダイナミクスを見きます。時計で使っている電子状態のる時、この時計を使える。今までは潮間で干渉計を作ります。一次元の原子

汐の時間変動を気にするほど時計の精干渉計ができて一次元の加速度がわか

度は高くなかったので、時計を比較す

るようになると、今度はこれを 3 つ組

る際には一定の標高差を引けば事足り

み合わせてやると、3 軸の加速度計がました。潮汐の時間依存が見えるようできる。加速度計の限界って、地面振になると、ポテンシャルをリアルタイ

動なんです。その振動をキャンセル山崎 敏光（やまざき としみつ）

ムで見るようなツールになります。

するように、たとえば原子を 2 つ置い

小林：もうユニバーサルな秒の定義とて、この 2 つの原子が共通に受ける加いうのは、不可能だってことですよね。

速度は相殺して、残差の情報を読み取

香取：難しいですね。スカイツリーにりましょうというのが勾配計です。そ持っていこうとしている時計は、大型の勾配計を作って、真ん中に質量を置

1934年、東京都生まれ。東京大学理学部物理学科卒。同大原子核研究所助手、カリフォルニア
大学、ニールス・ボーア研究所研究員、東大教授を経て、’86年から東大原子線研究所所長。退官後は日本学術振興会監事などを歴任。東京大学名誉教授、日本学士院会員。原子核物理と素粒子ビーム科学における業績で、’87年恩賜賞・日本学士院賞、’94年藤原賞、2009年文化功労者。

ている人はいます。時計って重力ポテ

小林 誠（こばやし まこと）
1944年、愛知県生まれ。名古屋大学理学部物理学科卒。同大学院理学研究科修了。京都大学理学部助手、高エネルギー物理学研究所教授、高エネルギー加速器研究機構素粒子原子核研究所長を経て、同研究機構特別栄誉教授、名古屋大学
特別教授、総合研究大学院大学名誉教授、日本学士院会員。’85年アメリカ物理学会J.J.Sakurai
賞、日本学士院賞、2007年欧州物理学会高エネ
ルギー・素粒子物理学賞、’08年ノーベル物理学賞受賞（「自然界において3世代のクォークの存在を予言する対称性の破れの起源の発見」に関する業績で益川敏英博士と）、文化勲章受章。

PJA Newsletter No. 10 2018 Mar. 7

［トピックス］

原子物理の先駆者長岡半太郎に新たな光 ─理研 OB 稲村卓氏が PJAB 誌に論文
長岡半太郎は原子物理学の黎明期に
理化学研究所で中心的役割を担い、仁科芳雄らの逸材を育てた。後年、日本学士院の院長となり、いつまでも研究の第一線に立っていた。20 世紀の初
め、分子の単位として知られていた原子の具体的描像は乏しいもので、最も有力なモデルはトムソンの唱えた正に帯電したスポンジケーキの中に負電荷をもつレーズンの粒が点在しているかのようなものであった。長岡半太郎は1904 年、 ロ ン ド ン の 著 名 な 学 術 誌
Philosophical Magazine に論文を発表し、原子は中心に陽電荷の固まり（原子核）を持ち、その周りに負電荷の粒子（電子）が周回しているというモデルを提案し、理論的考察を行った。中心に座る原子核の大きさや質量がどのようなものかはまだ全く未知の時代であったが、この論文は今日知られる原子の枠組みを初めて示したものであり、ラザフォードら後進の研究者に大きな影響を与えた。長岡の原子モ
デル提唱の 7 年後、ラザフォードはア
ルファ線の散乱から、長岡モデルの中心にある原子核が非常に小さなものであることを明らかにし、今日の原子の描像が明確になった。1913 年、ボーアはこれをもとに量子論を確立し、量子物理の輝かしい時代が始まった。
こう見てくると、今日の原子物理の祖は長岡に遡ることは明らかであろう。にもかかわらず、世の中では、長岡は太陽系原子モデルとは異なる特殊な「土星モデル」の提唱者とされ、原子モデルの創始者としてラザフォー

ド、ボーアと並び称されることは殆ど無い。日本においても、また長岡を生んだ理化学研究所においてすら然りである。何故こんな事態になってしまったのか？ これが、稲村卓博士（元理化学研究所副主任研究員）が提起した大問題で、氏自ら 20 年以上にわたり
この歴史的現象の解明に携わってきた。
そして、論文を執筆され、学士院の英文紀要に投稿されたのである。これは歴史上の大学者らのプライオリティに関わる問題を含むので、編集委員会としては慎重を期し、内外で著名な学識者数名にレビューをお願いし、出版を決定した (PJAB 92, 121-134 (2016）,
http://doi.org/10.2183/pjab.
92.121)。 そ の 標 題 は Nagaoka’sa t o m i c m o d e l a n d hy p e r f i n einteractions である。この論文に引用されている文献は、英語のみならず、
ドイツ語、フランス語など、当時の科学者の国際的分布を反映している。これら文献を精査して 1904 年以来の歴史を辿ることは容易なことでなかったに違いない。小生は稲村氏の情熱と努力に大いに動かされた。
今年、理化学研究所創立 100 年記
念行事として百年史が出版されることになり、その中に長岡半太郎に関する記述が載ることになった。そこに稲村
卓博士の上記原著論文が引用されるので、さらにその紹介を兼ねて、本記事を書くことになった。
この稲村論文は、今日まで、わが国のみならず世界中の関連学界で、顧みられることがなくなった長岡原子物理

長岡モデル
（A）
とラザフォードモデル（B）との違い。説明は原論文を参照。

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の珠玉に光をあてるものである。国語の辞典にも長岡半太郎の名前が出てくるが、見開くと、「土星型の原子模型」の発案者などと誤解を招く文字がならんでいる。初中等教育から大学の場でもそうである。そこで、できるだけ多くの方々、とくに理系の学生さん、理科の先生や教科書を執筆なさる方々に
是非稲村論文を読んでいただきたい。
私がこの稲村氏の労作を読んで驚いたことは、次のことである。1923 年に発表された長岡・杉浦・三島の超微細構造に関する論文は、量子力学の鬼才ウォルフガング・パウリに非常に大きな感動を与えたようである。それを理研の書庫に探し出した稲村氏はスピンに関するパウリの論文も見つけ、驚愕したという。そこには長岡らの超微細原子分光に関する論文が驚くばかり
詳細に正当に紹介されていたからである。「長岡半太郎と言えば土星型」と洗脳されていた者には、長岡らのそのような研究があったとは思いもよらぬことだった、と稲村氏は述懐する。偉大な物理学者パウリは厳格な人で、他人を褒めそやすことはない、と言われてきた。その人が何と、東洋からの研究者の論文をこれほどまでに評価したとは、信じがたいことである。今日でも、長岡とパウリと超微細構造を結びつける人は見当たらない。専門が分化してしまっているからであろう。実際、長岡は学士院から研究助成金を得て精密分光実験の準備に着手している。自らの原子模型に基づいて、彼は人跡未踏の実験（後年の超微細構造分光）に賭け、それを深化させる狙いがあったのである。長岡は原子モデルの提唱で満足し、それで辞めてしまうよ
うな研究者ではなかった。
ラザフォードの有名な実験結果から得られた原子の描像は長岡模型と酷似
し て い た（図 参 照）。 し か し、 ラ ザフォードはその類似性を嫌い、事あるごとに、自分の原子模型は太陽系型であり、長岡のものは土星型だと敢えて違いがあるかのように語っていたことなど、さまざまなエピソードもこの論

文で明らかにされた。残念ながら、ラザフォードの名声とともに「長岡土星模型」の呼称は世界中に広がってしまったのである。
稲村論文は、長岡原子模型を長岡・
ラ ザ フ ォ ー ド・ ボ ー ア 模 型（N-R-B

model）としてわが国から世界に向かって発信すべきである、と提唱している。同時に、今日の物理学で重要な意義をもつ原子の超微細構造の研究は長岡によって拓かれ、パウリに讃えられたことを強調している。今日、医学診断でも重要な役割を果たす核＋電子スピンの物理（核磁気共鳴イメージン
グ）も、そこに源流があったと言って良いかもしれない。
（山崎 敏光、日本学士院会員）

Vol. 93（2017）掲載論文紹介

No. 1

Reviews
Shaw WATANABE: Low-protein diet for the prevention of renal failure� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 1
Chiaki NISHIMURA: Folding of apomyoglobin: Analysis of transient intermediate structure during
refolding using quick hydrogen deuterium exchange and NMR � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 10
Koji UENISHI: Rupture, waves and earthquakes � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 28

No. 2

Reviews
Toshio YANAGIDA and Yoshiharu ISHII: Single molecule detection, thermal fluctuation and life� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 51
Johannes F� G� VLIEGENTHART: The complexity of glycoprotein-derived glycans � � � � � � � � � � � 64
Takashi SAKURAI: Heating mechanisms of the solar corona � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 87

No. 3

Reviews
Masahito HAYASHI: Finite-block-length analysis in classical and quantum information theory � � � 99
Shin-ichiro SHODA: Development of chemical and chemo-enzymatic glycosylations � � � � � � � � 125
Hugh COLVIN and Masaki MORI: Getting to the heart of the matter in cancer: Novel approaches
to targeting cancer stem cells � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 146

No. 4

Reviews
Takashi ONODERA: Dual role of cellular prion protein in normal host and Alzheimer’s disease� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 155
Kazuhide INOUE: Purinergic signaling in microglia in the pathogenesis of neuropathic pain� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 174
Akira TAKEDA, Naoko SASAKI and Masayuki MIYASAKA: The molecular cues regulating
immune cell trafficking � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 183
Masanori HATAKEYAMA: Structure and function of Helicobacter pylori CagA, the first-identified
bacterial protein involved in human cancer � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 196

PJA Newsletter No. 10 2018 Mar. 9

Ko HIRANO, Reynante Lacsamana ORDONIO and Makoto MATSUOKA: Engineering the lodging
resistance mechanism of post-Green Revolution rice to meet future demands � � � � � � � � � � 220
Original Article
Akihiro MATSUMOTO and Masao TACHIBANA: Rapid and coordinated processing of global
motion images by local clusters of retinal ganglion cells � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 234

No. 5

Reviews
Tetsutaro OZAWA and Osamu ONODERA: Multiple system atrophy: clinicopathologicalcharacteristics in Japanese patients � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 251
Hiroshi KAWASAKI: Molecular investigations of development and diseases of the brain of higher
mammals using the ferret � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 259
Takahiro HARA: Data management issues in mobile ad hoc networks� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 270
Minoru YOSHIDA, Norio KUDO, Saori KOSONO and Akihiro ITO: Chemical and structural biology
of protein lysine deacetylases � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 297
Tsuneko OKAZAKI: Days weaving the lagging strand synthesis of DNA — A personal recollectionof the discovery of Okazaki fragments and studies on discontinuous replication mechanism —� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 322

Isamu MIYAKAWA: Organization and dynamics of yeast mitochondrial nucleoids � � � � � � � � � � � 339

No. 6

Reviews
Hitoshi OKAZAWA: Ultra-Early Phase pathologies of Alzheimer ’s disease and otherneurodegenerative diseases � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 361

Satoko ARAKAWA, Shinya HONDA, Hirofumi YAMAGUCHI and Shigeomi SHIMIZU: Molecularmechanisms and physiological roles of Atg5/Atg7-independent alternative autophagy � � � � 378
Jun TAKOUDA, Sayako KATADA and Kinichi NAKASHIMA: Emerging mechanisms underlying
astrogenesis in the developing mammalian brain � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 386
Original Article
Yuji YAZAKI: How the Klein–Nishina formula was derived: Based on the Sangokan Nishina
Source Materials � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 399

No. 7

Reviews
Kiwamu NISHIDA: Ambient seismic wave field � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 423
Yousuke FURUTA, Takashi KOMENO and Takaaki NAKAMURA: Favipiravir（T-705）, a broad
spectrum inhibitor of viral RNA polymerase � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 449
Yasuo MORI, Nobuaki TAKAHASHI, Tatsuki KUROKAWA and Shigeki KIYONAKA: TRP channels
in oxygen physiology: distinctive functional properties and roles of TRPA1 in O2 sensing � � � 464
Shigeo OKABE: Fluorescence imaging of synapse dynamics in normal circuit maturation and indevelopmental disorders � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 483

10 PJA Newsletter No. 10 2018 Mar.

Original Articles
Masayoshi IIZUKA, Takao SUSA, Mimi TAMAMORI-ADACHI, Hiroko OKINAGA and Tomoki
OKAZAKI: Intrinsic ubiquitin E3 ligase activity of histone acetyltransferase Hbo1 for estrogen
receptor α � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 498
Kyohei TANAKA, Shinri OHTA, Ryuta KINNO and Kuniyoshi L� SAKAI: Activation changes of theleft inferior frontal gyrus for the factors of construction and scrambling in a sentence � � � � � 511

No. 8

Reviews
Hitoshi GOTOH and Akio OKAYASU: Computational wave dynamics for innovative design ofcoastal structures � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 525
Akira KAWAGUCHI, Koji INOUE, Koji TANINA and Mizuho NITA: Biological control for grapevinecrown gall using nonpathogenic Rhizobium vitis strain ARK-1 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 547

Shohei MITANI: Comprehensive functional genomics using Caenorhabditis elegans as a modelorganism � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 561
Tomohiro WATANABE, Naoki ASANO, Masatoshi KUDO and Warren STROBER: Nucleotidebinding oligomerization domain 1 and gastrointestinal disorders � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 578
Tsutomu TAKEUCHI: Treatment of rheumatoid arthritis with biological agents―as a typical andcommon immune-mediated inflammatory disease � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 600
Kazuo CHIN: Overcoming sleep disordered breathing and ensuring sufficient good sleep time fora healthy life expectancy � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 609
Hideo AKUTSU: Dynamic mechanisms driving conformational conversions of the β and ε subunits
involved in rotational catalysis of F1-ATPase � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 630
Original Article
Kenji MORI: New synthesis of a stereoisomeric mixture of methyl 12-trishomofarnesoate,a juvenile hormone mimic useful in sericulture by increasing silk production � � � � � � � � � � � � 648

No. 9

Reviews
Yuki HITOMI and Katsushi TOKUNAGA: Significance of functional disease-causal/susceptible
variants identified by whole-genome analyses for the understanding of human diseases � � � 657
Makoto MURAKAMI: Lipoquality control by phospholipase A2 enzymes � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 677
Shuntaro HARA: Prostaglandin terminal synthases as novel therapeutic targets � � � � � � � � � � � � 703
Shuji FUNO: Ancient Chinese capital models―Measurement system in urban planning― � � � � 724

Original Article
Jun NOJIMA, Shu MEGURO, Naoto OHKAWA, Michiaki FURUKOSHI, Toshihide KAWAI and
Hiroshi Itoh: One-year eGFR decline rate is a good predictor of prognosis of renal failure inpatients with type 2 diabetes � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 746

PJA Newsletter No. 10 2018 Mar. 11

No.10

Reviews
Kazushi SUZUKI, Atsushi IWATA and Takeshi IWATSUBO: The past, present, and future ofdisease-modifying therapies for Alzheimer’s disease � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 757
Yasuo TERAO, Hideki FUKUDA and Okihide HIKOSAKA: What do eye movements tell us about
patients with neurological disorders? — An introduction to saccade recording in the clinicalsetting —� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 772
Sumiko MOCHIDA: Millisecond Ca2+ dynamics activate multiple protein cascades for synaptic
vesicle control � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 802
Original Articles
Satoshi NAKAMURA, Shoji IMAMICHI, Kazuyoshi MASUMOTO, Masashi ITO, Akihisa WAKITA,
Hiroyuki OKAMOTO, Shie NISHIOKA, Kotaro IIJIMA, Kazuma KOBAYASHI, Yoshihisa ABE,
Hiroshi IGAKI, Kazuyoshi KURITA, Teiji NISHIO, Mitsuko MASUTANI and Jun ITAMI:
Evaluation of radioactivity in the bodies of mice induced by neutron exposure from an epithermal neutron source of an accelerator-based boron neutron capture therapy system � � � 821
Lin Wei JONG, Takayuki FUJIWARA, Hisayoshi NOZAKI and Shin-ya MIYAGISHIMA: Cell sizefor commitment to cell division and number of successive cell divisions in multicellularvolvocine green algae Tetrabaena socialis and Gonium pectorale � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 832
Eizi HIROTA: Molecular chirality: A new approach from a dynamical point of view� � � � � � � � � � � 841

Proceedings of the Japan Academy, Ser. B について
Proceedings o f the Japanを掲載します。冊子の他、インターネッ

第一人者 2 名を査読者として厳正な査Academy, Ser. B は、文部科学省の機トでも J-STAGE（http://www.jstage.

読を行っており、アクセプトされた論関である日本学士院が刊行する英文学

jst.go.jp/browse/pjab） に お い て 全

文は、1 カ月程度で出版されます。ま術 誌 で、1912 年に創 刊されました。

文が無料公開されます。2017 年公開

た、投稿料・掲載料は不要で、別刷を本誌は、化学、物理学、天文学、地球・の Impact Factor は 2.324 でした。ま無料で 50 部進呈します。カラーペー

宇宙科学、生物学、工学、農学、医学等、た、PubMed にも採録されています。

ジは印刷 1 ページを無料としていまSer. A に掲載する数学を除く自然科学

本誌への投稿資格に制限はありませす。詳しい投稿規程は、本院のウェブ

全分野を対象とします。年 10 回刊行

ん。オンラインシステムによる投稿のサイト http://www.japan-acad.go.jp/

し、総説論文（Review）と、原著論

他、電子メールや郵便による投稿も可

pjab をご覧いただくか事務室まで御連文（Original Paper、速報を含む）等

能です。投稿された論文は、各分野の絡ください。

PJA Newsletter［PJA ニュースレター］

No.10
12 PJA Newsletter No. 10 2018 Mar.

発行／日本学士院〒110-0007 東京都台東区上野公園7-32
TEL: 03-3822-2101 FAX: 03-3822-2105
e-mail: proc-b@mext.go.jp
発行日／平成30年3月30日