2018/6/4
第１回構成員会議

筑波大学 宇宙史研究センター

Tomonaga Center for the History of the Universe
設置の経緯・活動報告・活動計画

www.pas.tsukuba.ac.jp/~TCHoU/

センター発足の経緯

センター運営室

Oﬃce of International
Innovation Interface

共用施設室

Oﬃce of Administration

Oﬃce of Shared Facilities

数理物質融合科学センター
融合研究企画室
Design Oﬃce of Integrated Research

宇宙史国際研究拠点

環境エネルギー材料研究拠点

計算科学研究センター (CCS)

学際物質科学研究センター (TIMS)

物
質
変
換
材
料
部
門

Division of Materials for
Chemical Conversion

バ
イ
オ
エ
ネ
ル
ギ
丨
研
究
チ
丨
ム

Research Team for Bioenergy

エ
ネ
ル
ギ
丨
貯
蔵
・
変
換
物
質
部
門

Division of Materials forEnergy Storage and Conversion

光
量
子
計
測
器
開
発
推
進
室

Laboratory for Development of
Photon and Particle Detectors

逆
問
題
研
究
推
進
室

Laboratory for Inverse Problems

ク
ォ
丨
ク
・
核
物
質
部
門

Research Core for Developing Energy
and Environment-friendly Materials

Division of Quark Nuclear Matters

素
粒
子
構
造
部
門

Division of Elementary Particles

南
極
天
文
部
門
︵
南
極
天
文
台
︶

Division of Antarctic Astronomy[Antarctic Observatory of Astronomy]

Research Core for the Historyof the Universe

・・・

元々、２つの「拠点」は、将来的に「朝永センター（仮）」「白川センター（仮）」への発展を目指した種として構想されていたが、2016年に国立大学機能強化経費「宇宙史国際研究拠点形成＋朝永センター整備」、
2017年に同「革新的エネルギーデバイス開発拠点整備」が採択され、筑波大学の第３期中期計画に向けた構想にCiRfSEとTIMSの改組・再編が組み込まれたことを受け、当初計画を大幅に前倒しして、2017年10月に、両センターを設立することとなった。
=> missionの明確化による、研究のハブとしての求心力強化

CiRfSE設置の経緯
筑波大学研究力強化実現構想(2013/6 提出 => 2013/8 採択)

CiRfSE発足：
2014年度
中間評価：
2018年度
最終評価：
2023年度CiRfSE 活動概要 (1)2014/9/1 発足

国 -> 筑波大 -> 数理物質系への投資の attractor/recepter、外部資金獲得の活動中心として系（大学）の「とんがり」の発展形への接続中心として

全学戦略枠

逆問題研究推進室(数理科学研究推進室) 千原浩之教授
環境エネルギー材料研究拠点/TIMS 西堀英治教授

国際TT助教大川英希（素粒子）2014/8 着任 => スイス・CERN
Oliver Busch（QGP）2014/12 着任 => ドイツ・ハイデルベルク大学
笠井秀隆（エネルギー貯蔵変換）2015/4 着任 => デンマーク・オーフス大学
金子元（逆問題）部局国際TT 2014/7 着任 => フランス・ストラスブール大学

海外教育・研究ユニット招致

１件：環境エネルギー材料研究拠点/TIMS
デンマーク・オーフス大CMC Bo Iversen教授(PI) 2016/3 採用
V.R Hathwar助教(副PI) 2016/5 着任

コンソーシアムの立ち上げ
Yves FrenotC	

融合研究の国際的ハブ構築
を目指して

!

	

Vincenzo CincottiC

Maaike Vancauwenberghe

研究体制の強化・展開

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2004

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Leonardo Bronfman

	

!

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100

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MKID

光量子計測器開発推進室 (2015/10)：両拠点を繋いで先端計測器開発、TIA-ACCERELATEの筑波大拠点
バイオエネルギー研究チーム (2015/10)：環境エネルギー材料研究拠点の展開の芽として
数理科学研究推進室 (2017/1) : 逆問題研究推進室を改組・再編し、AI など、より広範な融合研究・連携を準備
H28筑波大学プレ戦略イニシアティブ「光と物質・生命科学のアンサンブルによる新現象の発掘と解明」(山本洋平准教授)
2016/11 キックオフ
公募スペース（人文社会学系B棟1階10部屋）採択 (2016/4)： CiRfSE活動中心として整備

研究集会

国際会議 TGSW2014, 2015, 2016, 2017
CiRfSEワークショップ ３回

連携サロン ７回、宇宙史サロン ３回
その他 研究会・WS 多数

CiRfSE 活動概要 (2)国立大学機能強化促進経費「宇宙史国際研究拠点形成＋朝永センター整備」
国立大学機能強化経費「宇宙史の暗黒を照らす国際研究拠点形成」

2016年度概算要求 (2015/夏) => 採択
国立大学機能強化経費 (2016-2021)
2016年度：24,800千円
2017年度：24,800千円＋10,500千円
計算科学研究センターと協力して推進

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GH

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海外教育・研究ユニット招致 １件
クロスアポイントメント教員 ６名
全学戦略枠助教 １名、任期付き助教 １名
客員教員、研究員．
新センター設置準備

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5つの実験プロジェクト全てが学術会議マスタープラン(2014)に採択。
内３つは筑波大が中核機関。
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CCSにおける理論融合研究の実績により、

実験・理論を融合させた宇宙史研究体制を構築。
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国立大学機能強化促進経費「革新的エネルギーデバイス開発拠点整備」
統合的エネルギー貯蔵・変換・節約システムの構築に向けた

革新的エネルギーデバイス開発拠点
低価格燃料電池

排熱利用

車載用インバータ

産業界

省エネ

統合的エネルギー貯蔵・変換・節約システム構築
エネルギー・コンソーシアム
産業ニーズの受信窓口
産業界への発信母体

評価

実装
基
礎
部
門

つくば連携

試作
マテリアル探索

開
発
部
門

学理

2017年度概算要求 (2016/夏) => 採択
2017年度：10,800千円＋TIMS予算

基礎と応用の融合による課題解決と新原理・新物質の迅速な応用／展開=> イノベーションの牽引

CiRfSE環境エネルギー材料拠点＋TIMS＋パワエレで、基礎研究と産業応用を繋ぐ研究・開発センター構築。

生体熱発電シート

かけはし
熱発電素子

貯蔵
熱発電
熱電池

かけはし
白金フリー触媒

変換
非白金触媒

節約
パワエレ

学内連携

全学戦略枠要望=> 准教授２+ 助教４ 配分
TIMSと新センター設置準備

国内連携

白川センター

基礎研究レベルでの分野融合

異なるエネルギーデバイス技術の融合：基礎学理を通じて初めて可能

国際連携「数学科学研究コア」
数学を礎とした分野横断的な融合研究、各種プロジェクト・国際連携・産学独連携、並びに、特色を生かした若手人材育成を強力に推進する体制を構築

全学戦略枠要望=> 助教２ 配分

その他の外部資金獲得に向けて2015 文部科学省海外若手研究者中短期招聘プログラム => 採択（２０万円）江角2015 JSPS２国間交流事業 => 採択（H27:184万円）西堀
ほか

建設場所
コンコルデイア基地 ＠ドームＣ

(米)
ボストーク
(露)(3488m)

新たな展開に向けて
南極天文台計画の推進：ドームCを使う計画に修正。クラウドファンディングなど一般広報活動強化。
新センター、新コア設置=> 2017/10 「宇宙史研究センター」＋「エネルギー物質科学研究センター」＋「数理科学研究コア」

卓越大学院、

ほか

・フランス・イタリアが共同で運用
・越冬基地（定員16名） （夏は60名）
・設備・運用が非常に優れている。
・重機（130トンクレーン等）あり。

(仏伊)ダグラス DC3

滑走路

宿泊研究棟

小型望遠鏡群（仏伊）
現地調査(交換科学者)
2016年1月～2月（国立極地研究所の紹介）

10m望遠鏡建設候補地
13

改組の前倒し実施
国立大学機能強化経費「宇宙史国際研究拠点形成＋朝永センター整備」2016〜
国立大学機能強化経費「革新的エネルギーデバイス開発拠点整備」2017〜

2016/夏筑波大学概算要求で、第３期中期目標に向けた構想：＊ 基礎研究の着実な実施＊ イノベーション創出拠点＊ センター改組・改編
H29年度先行整備：朝永センター（仮称）、エネルギーデバイス開発拠点（仮称）
元々、「朝永センター（仮称）」と「白川センター（仮称）」への展開を目指していたが、改組前倒し。

=> CiRfSE＋TIMSを発展的に改組・再編、他のアクティビティーとも連携強化・融合し、
2017/10 に、＊ 宇宙史研究センター （Tomonaga Center for the History of the Universe）＊ エネルギー物質科学研究センター （Tsukuba Research Center for Energy Materials Science）＊ 数理科学研究コアを発足。

数理物質系附属センターの改組・再編（2017年10月）
計算科学研究センター
携

携

連

携

連

連

宇宙史の統一描像の構築
共同構築

数理物質
融合科学センター

宇宙史研究センター
		

・南極天文学研究部門
・素粒子構造研究部門
・クォーク・核物質研究部門
・光量子計測器開発部門

宇宙史国際研究拠点

改組

	

!

!
!

2004

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Leonardo Bronfman

100

!
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!
!

MKID

宇宙史コンソーシアム
南極天文コンソーシアム

宇宙背景ニュートリノ探索
南極天文台建設
クォーク・核物質物性解明
Higgs精査
不安定核探査南極天文台

・マテリアル分子設計部門
・エネルギー物質部門
・電気エネルギー制御部門
・基礎融合リサーチグループ

基礎と応用の融合による融合物質研究センター
イノベーションの牽引

統合的エネルギー貯蔵・変換・制御システムの構築に向けた
生体熱発電シート融合研究の継続密接な連携

物質創成分野集積物性分野ナノグリーン機能分野

数理科学研究コア

低価格燃料電池

車載用インバータ

基
礎
部
門

試作

開
発
部
門

評価

実装

産業界

学理

改組

革新的エネルギーデバイス開発拠点

マテリアル探索

改組

排熱利用

省エネ

統合的エネルギー貯蔵・変換・制御システム構築
エネルギー・コンソーシアム
産業ニーズの受信窓口
産業界への発信母体

マテリアル
分子設計部門
かけはし
熱発電素子

貯蔵
熱発電
熱電池

エネルギー
物質部門
かけはし
白金フリー触媒変換
非白金触媒

電気エネルギー
制御部門
かけはし
ダイヤモンド

制御
パワエレ

つくば連携

学内連携

国内連携

基礎融合リサーチグループ

TIAを活用した
クロスアポ
産学連携

基礎研究レベルでの分野融合

異なるエネルギーデバイス技術の融合：基礎学理を通じて初めて可能

国際連携

数理科学による基盤技術の強化と人材育成

数学と理工学諸分野の密接な連携による、自然現象や理工学諸分野に現れる問題の数理モデル化と、それによる数理解析、空間モデルの幾何解析と対称性の研究、高次元デー
タ解析と計算アルゴリズム開発などを推進

・対称性と数理構造部門
・数理現象解析部門
・形状構造分析部門
・高次元統計解析部門
・人工知能の数学的基礎•応用部門

パワエレ寄付講座
連携

数理物質系
連携

学際物質科学
研究センター!

!
!

エネルギー物質科学研究センター

連携

エネルギー貯蔵・変換物質部門
物質変換材料部門

Yves FrenotC	

Vincenzo CincottiC

Maaike Vancauwenberghe

融合研究の継続
密接な連携

数理科学研究推進室

環境エネルギー材料研究拠点

	

基礎と応用の融合による課題解決と新原理・新物質の迅速な応用／展開=> イノベーションの牽引

南極天文部門
素粒子構造部門
クォーク・核物質部門
光量子測定器開発推進室

質量起源・QGP・暗黒物質・
暗黒エネルギー・暗黒銀河の解明

学内他部局・センター

数
理
物
質
系
融
合
研
究
企
画
室

宇宙史研究センター発足
2017/10/1

(cf.) CiRfSE
研究戦略イニシアティブAに基づく、部局の「学術センター」||
V
大学の正式のセンターに

宇宙史研究センター
Tomonaga Center for the History of the Universe
南極天文学研究部門
運営協議会
Steering Committeeセンター長・
副センター長Director /Codirector

Div. of Antarctic Astronomy

素粒子構造研究部門
運営委員会
Administration Committee
融合研究企画調整室
Office for Integrated Researches

Div. of Elementary Particles

クォーク・核物質研究部門
Div. of Quark Nuclear Matters

光量子計測器開発部門
Div. of Photon and Particle Detectors

エネルギー物質科学研究センター (TREMS)
数理物質系 融合研究企画室(Fac. of Pure and Applied Sciences)

数理物質系 数理科学研究コア (RCMS)
計算科学研究センター (CCS), AIセンター (C-AIR), . . .

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4

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○先端研究センター群に区分される教育研究施設の分類等に関する細則
平成３０年３月２９日
法 人 細 則 第 ９ 号
先端研究センター群に区分される教育研究施設の分類等に関する細則（趣旨）
第１条 この法人細則は、国立大学法人筑波大学の組織及び運営の基本に関する規則施行規程（平成１６年法人規程第１号）第２５条第３項の規定に基づき、先端研究センター群に区分される教育研究施設（以下「教育研究施設」という。）の級ごとの分類及び評価について、必要な事項を定める別表（第２条関係）ものとする。

（分類）第２条⑴

教育研究施設の分類は、次のとおりとする。
Ｒ１（世界級研究拠点）
世界的にトップレベルの研究業績を有し、当該研究分野において、世界的な共同研究等の中核的拠点となりうる拠点⑵⑶

先端研究センター群分類表
分類
Ｒ１（世界級研究拠点）

センター名計算科学研究センター
生存ダイナミクス研究センター

Ｒ２（全国級研究拠点）

下田臨海実験センター

Ｒ２（全国級研究拠点）

つくば機能植物イノベーション研究センター

全国的にトップレベルの研究業績を有し、世界級研究拠点を目指す拠点

プラズマ研究センター

Ｒ３（重点育成研究拠点）

地中海・北アフリカ研究センター

重点的な育成により、全国級研究拠点を目指す拠点

サイバニクス研究センター

２

前項の教育研究施設は、別表のとおりとする。

アイソトープ環境動態研究センター

３

教育研究施設の分類は、研究戦略イニシアティブ機構の議を経て、学長が決定する。

人工知能科学センター
陽子線医学利用研究センター

（評価）
第３条

Ｒ３（重点育成研究拠点） 山岳科学センター

研究戦略イニシアティブ機構は、前条の分類を行うため、次に掲げる評価を行う。

⑴

事前評価 教育研究施設の設置前に行う評価⑵

中間評価 ３年目に行う評価⑶

期末評価 ５年目に行う評価

２

前項の評価は、それぞれの教育研究施設が、世界から優秀な人材を引き付ける国際的な研究拠点となることを目指す観点から、研究活動実績に基づき当該進捗状況について行うものとする。
３第１項の評価により、教育研究施設の設置が認められないこと又は教育研究施設が廃止となることがある。
（雑則）
第４条

この法人細則に定めるもののほか、教育研究施設の分類及び評価に関し必要な事項は、別に定める。
附則

この法人細則は、平成３０年４月１日から施行する。

ヒューマン・ハイ・パフォーマンス先端研究センター
トランスボーダー医学研究センター
宇宙史研究センター
エネルギー物質科学研究センター
大学研究センター

- 3-

今後の研究センター再編にあたっての基本方針
先端研究センター群
Ｒ１（世界級研究拠点）

別紙１

開発研究センター群

研究⽀援センター群

教育等センター群

・藻類バイオマス・エネルギーシステ
ム開発研究センター

・研究基盤総合センター

・グローバルコミュニケーション
教育センター・プレシジョン・メディスン開発研究センター

・⽣命科学動物資源センター

・体育センター・未来社会⼯学開発研究センター

・学術情報メディアセンター

・アドミッションセンター

戦略SS

・計算科学研究センター
・⽣命領域学際研究センター（4.1⽣存ダイナミクス研究センター）
Ｒ２（全国級研究拠点）

戦略S

・プラズマ研究センター

・⼈⼯知能科学センター

・下⽥臨海実験センター

・アイソトープ環境動態研究センター

・北アフリカ研究センター（4.1地中海・北アフリカ研究センター）
・陽⼦線医学利⽤研究センター
・つくば機能植物イノベーション研究センター

・サイバニクス研究センター

Ｒ３（重点育成研究拠点）

戦略A

・⼭岳科学センター・ヒューマン・ハイ・パフォーマンス先端研究センター
・トランスボーダー医学研究センター
・宇宙史研究センター
・エネルギー物質科学研究センター
・⼤学研究センター（教育イニシアティブ機構の改組まで）
Ｒ４（育成研究拠点）
・知的コミュニティ基盤研究センター
・特別⽀援教育研究センター
・○○ユニット・保健管理センター・スポーツイノベーション開発研究センター・ヘルスサービス開発研究センター

プレ戦略（リサーチユニットの現⾏の認定条件）○中核教員として、本学常勤教員を３名以上有し、⾃らの策定した計画に従って、特別経費や競争
的資⾦の獲得を⽬指しつつ、優れた研究成果を創出することが期待されること。
○中核教員１名が科研費基盤研究（Ｂ）または若⼿研究（Ｂ）相当以上の競争的資⾦を申請時から過去３年以内に 獲得していること。

基礎

応⽤✔5年毎に評価（３年⽬に中間評価）【上記センター群以外となるセンター】
・教育開発国際協⼒研究センター（⇒国際室の⼀部⾨）
・つくばスポーツ医学・健康科学センター（⇒附属病院のセンター）

109✔研究活動の進捗状況により⼊れ替えあり✔組織評価ではなく、研究成果により評価◎先端研究センター群
世界から優秀な⼈材を引き付ける国際的な研究拠点となることを⽬標に、当該分野における研究を遂⾏する組織。
◎研究⽀援センター群
研究の基盤整備を⾏い、⽇々の研究が遅滞なく⼗分に⾏われるよう研究⽀援を⾏う組織。
◎開発研究センター群
外部資⾦のみで組織運営を⾏う研究センター◎教育等センター群
主に学⽣、職員に対する教育等及び特定の業
務を⾏う組織。

✔研究評価に係るPDCA
サイクルは回さない◎R1（世界級研究拠点）• 国内外の⼤学、研究機関などから多くの参画を得て、 世界的にトップレベルの研究業績を上げている研究拠点• 今までにない学問分野、領域を積極的に新たに切り拓いていく、学際性を積極的に追求する最先端研究拠点• PDCA２サイクルにわたって著しい業績を上げ、最終評価において⾼い評価を得た拠点は、研究戦略イニシアティブ
推進機構の判断によって部局化することができる。部局化
した研究拠点（「重点研究センター」）については、⼤学
教員業績評価における評価対象部局として扱う。

◎R2（全国級研究拠点）• 全国的にトップレベルの研究業績を上げている
研究拠点• 国内外の⼤学、研究機関と研究上の連携を⾏っており、次のＲ1を⽬指し、より⼀層の⾶躍を図る研究拠点◎R3（重点育成研究拠点）• 全国的な研究拠点を⽬指し、重点的に育成を図る拠点◎R4（育成研究拠点）• リサーチユニット

Mission:
筑波大学で推進している、素粒子・宇宙・原子核物理の大型研究プロジェクトを連結・融合
宇宙の創生と物質・生命の起源を数理的手法で研究し、宇宙史の統一的理解と新たな学問分野を創出・牽引
宇宙史研究の国際共同研究拠点形成

Tomonaga:
1965年ノーベル賞物理学者 朝永振一郎博士
超多時間理論や、くりこみ理論、集団運動の理論など、
現代物理学の構築に多大な功績（東京文理科大教授）
東京教育大 学長 (1956-1962)
筑波大学物理学教室の基礎を構築
Yukawa Inst. や Kobayashi-Maskawa Inst. の例に倣い、英語名にTomonagaの使用を認めていただいた。

Sin-Itiro Tomonaga
1906-1979

筑波大学

宇宙史研究センター〜 宇宙史の暗黒部分の解明に向けて 〜Tomonaga Center for the History of the Universe

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Higgs
精密研究

不安定核
探査
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実験・理論を融合させた宇宙史研究体制

5つの実験プロジェクトと理論のコスモシミュレータ計画が学術会議マスタープラン2017に採択、４つは筑波大が中核機関

生命につながる元素の起源？
宇宙の構造の起源？ 力・物質・時空の起源？
実験的に未解明の領域（暗黒）が多く残されている。

宇宙・素粒子・原子核の最先端理論・実験プロジェクトを融合
現象とメカニズム・プロセスの同時解明
物質と生命の起源に迫る新領域の国際的研究ネットワークを形成

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研究センター？？？

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宇宙背景ν
探索

素粒子構造研究
素粒子構造
部門
研究部門
・ATLAS実験 により，質量の起源であるヒッグス粒子の精査や素粒子標準理論を超える新粒子・新現象を探索
・ビッグバン数秒後からの宇宙背景ニュートリノ発見を目指し，超伝導素子光検出器を開発し，ロケット実験・衛星
実験を実現
・時空と素粒子の起源解明に向け、重力の量子場の理論と素粒子の統一理論の構築を目指し，超弦理論を研究

南極天文台

クォーク・核物
クォーク・核物質
質
研究部門
研究部門
・原子核衝突実験により、宇宙初期や中性子星内部の高温・高密度物質：クォーク・グルー
オン・プラズマ(QGP)を探求
・不安定核の質量測定により、ウランを含む重元素生成の鍵となるRプロセスを解明
・初期宇宙の物質創生と超新星や中性子星の解明に向け、
QGPと核物質の熱力学特性を
QCD第一原理から予言

稀少RIリング

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南極天文学
研究部門
・高精度望遠鏡を南極高原地帯に設置し、暗黒銀河等を探索し、南極天文学を推進
・鹿島34m鏡、野辺山45m
鏡、アルマ等の望遠鏡を用いた、銀河、銀河系、宇宙構造等の観測的研究

光量子計測器開発部門
・エネルギー物質科学研究センターと連携して TIA 光・
量子計測(TIA-ACCELERATE)の筑波大学拠点を構成し、宇宙史研究センター各部門で共有する超伝導体検出器、SOI技術などの光量子計測器の開発基盤を提供・宇宙・銀河の構造と進化、生命の起源に至る物質進化の理論的研究

エネルギー物質科学
研究センター
TIA-ACCELERATEほか

宇宙史研究センター
活動概要
部門活動概要/活動計画

TCHoU 活動概要 (1)2017/10/1 発足
筑波大学の「研究センター（R3：重点育成研究拠点）」として設置［cf. CiRfSEは部局設置の「戦略イニシアティブ(A)学術センター」］
構成教員：３６名、連携教員：１８名、研究員：３名「国立大学法人筑波大学宇宙史研究センター細則」制定
環境整備（セミナー室、TV会議システム、ホームページ等）

運営委員会
委員：センター長、副センター長、４部門長
オブザーバー：小澤教授、久野教授
2017/10/19, 11/16, 12/21, 2018/1/18, 2/14, 3/15, 4/10, 5/14

運営協議会
センター内委員：運営委員会委員
センター外委員：新井康雄教授(KEK)、小林秀行教授(NAOJ副台長)、梅村雅之教授(CCSセンター長)、
櫻井鉄也教授(C-AIRセンター長)、伊藤雅英教授(PAS系長)2018/2/6 第１回運営協議会

国際TT助教テニュア審査本部審査で２名ともテニュア獲得

海外教育・研究ユニット招致
ユトレヒト大 Th. Peitzmann教授, M. van Leeuwen教授
QGP（ALICE フォトン実験、FOCAL検出器）
助教(副PI) 公募予定

(PI) 2018/3/1 任用予定

TCHoU 活動概要 (2)セミナー・研究集会

詳細は、www.pas.tsukuba.ac.jp/~TCHoU/ を参照。

宇宙史セミナー2017/12/11-12 "QGP/CEP research with Fluctuation" ７講演（海外から５）2018/1/11 Prof. Yoo Jonghee (KAIST/IBS) Neutrino-Nucleus Scattering (CEvS)
2018/1/19 Prof. Kim Soo-Bong (SNU/TCHoU) Sterile Neutrino (JSNS2)
2018/1/26 松浦周二教授 (関西学院大/TCHoU連携教員) 近赤外宇宙背景放射 (CIBER)

2018/2/7 TIA 光・量子計測シンポジウム @ EPOCHAL
2018/2/14 宇宙史セミナー 齊藤直人教授（KEK）J-PARC大強度ビーム
2018/3/20 宇宙史セミナー 新井田貴文氏（Wayne州立大）RHIC-STAR実験
2018/3/7-8 Kick-oﬀ symposium of Quark Gluon Plasma Research Unit (ユトレヒト大学 教育・研究ユニット)
2018/3/26-27 宇宙史国際シンポジウム @ 大学会館ほか
2018/?? 宇宙史サロン
2018/9/21 第５回国際ワークショップ「宇宙進化と物質起源」(TGSW 2018)

南極10mテラヘルツ望遠鏡計画
筑波大学 理工学群物理学類 宇宙観測研究室

南極大陸内陸部のドームCコンコルディア基地は、寒冷 (最低気温 −80℃) な高地 (約3260m) であり、地上最良の電波観測
サイトと期待されている。0.4 − 1.0 THz 帯域では、通年安定 した観測が可能であり、1 THz を超える帯域でも冬期には観測可能になる。我々は遠方銀河の探査を目指して、10 m テラヘルツ望遠鏡の設置計画を進めている。アンテナ系はリッチーク
レチアン光学系とし、広い視野を確保する。2つのナスミス焦点には、電波カメラ系受信機とヘテロダイン系受信機を設置し、ア第１回運営協議会

ンテナ中央部の切り替え鏡により、2つの焦点を選択する。複数の受信機を搭載予定であるが、電波カメラは 850 GHz帯 3千画素、ヘテロダイン系は、500/800 GHz帯から開発する。全装置は低温等南極の過酷な環境下での設置運用に加え、厳しい
電力の制約を満たす必要がある。2023年からの観測開始を目指して、現在、概念設計を進めている。

観測サイト

口径10mアンテナ

図2 南極大陸と各基地

南極ドームCコンコルディア基地
y 南緯 75°6′東経123°19′
y 標高3260m

暗黒銀河探査には、多素子カメラを搭載できる広視野（>1°）かつ検出限界はコンフュージョンで決まるため、10 m級口径が必須。低温環境、輸送や電力の制約下で、～1.5 THzを観測目標

1000kmy 広視野の確保→リッチークレチアン主鏡と副鏡（双曲面）
y 0.4〜1.5THzまでの観測（分解能5”＠1.5THz）→指向精度( <絶対2“、<追尾0.5”)、鏡面精度(＜20um)
図8→ 10m鏡の外観。雪面の基礎に、不等沈下による傾きを修正する機構を設ける。

●

2018/2/6

活動報告＋運営協議会

図9→ ビーム伝送アンテナ系は、主鏡、副鏡、切替鏡で構成（F〜6）
ヘテロダイン受信機と、電波カメラ
は、切替鏡によりいずれかを選択

ドームC

図1 ドームCコンコルディア基地

南極内陸部の大気透過率と気象（ドームふじでの測定）
220 GHzの大気透過率測定で、条件の悪い夏でもALMAサイトの最良期（冬）と同等で、安定性は優れている結果を得た（図４）。計算機を用いたシュミレーション
では、1 THzを超える領域も観測が可能である。
図4→ 220 GHz
大気透過率の実測値
1

pwv=0.60mm
pwv=0.05mm

透過率

0.8

図5→ 大気透過率の
予想値

0.6
0.4
0.2
0

0.4

0.8

1.2

周波数 (THz)

1.6

2017/11/4-5 筑波大学学園祭「雙峰祭」研究紹介
2018/4/11 科学技術週間展示

冷却受 3V
信機 3H

IF系
制御
PC

2V
2H

1V
3V
2V

鏡
Hgrid 通過
Vgrid 鏡

1V
1V
2H

2H
3H
3V

Vgrid 鏡Vgrid 通過通過 Hgrid

2V

3H
2V
3V

M3 2H
3H

1V
1H

M3

1H
1H
1H

M2

通過 Vgrid
通過 鏡
通過 通過

カメラ/
ヘテロダイン
切替鏡

グリッド

図13 上方から見た受信機室：2m×3mの部屋内で圧縮機室

南極の過酷な環境(ｂ)雪上車＋そり
沿岸からドームCへの輸送の基本（片道12日間）。

受信機/ 受信機/ M2
ユニット ユニット

2m

圧縮機室
分光計

400GHz〜1.5THzの複数バンド を分離。３個の冷却受信機ポート設置。1台の受信機に２バンドで観測するが、500/800GHz (HorV)のヘテロダインユニットを搭載。 伝送系のM1とM2のグSIS受信機から観測開始。

ドームふじ基地での望遠鏡の設置運用条件は過酷である。

図7(a)
砕氷船

の多波長同時観測を行う。

ヘテロダイン受信機
電波カメラで検出したサブミリ波銀河の赤方偏移決定や分子ガスの定量化のため、ヘテロダイン受信機を搭載。分光計は、銀河系内の観測も考慮し、0.2 km/s以下の速度分解能（<250kHz @400GHz)で、速度幅は500 km/s以上を確保(>2.5GHz @1.5THz)する。夏の間に、最大３台の冷却受信機を搭載し、2台を同時運用。
電力は8kVA以下に抑える。

非常に遠くの高赤方偏移（z>5）の銀河は、可視赤外域
では一部しか検出されていな
い。光では見えず、サブミリ波で輝く銀河が存在することが知られている。サブミリ波で輝く銀河は、爆発的な星形成を起こしながらダストに覆われた銀河と解釈されている。電波カメラでの掃天観測で、多くの「遠方銀河」の検出が期待できる。

低温：最低気温（-80℃）
雪：積雪は年数cmと少ないがダイヤモンドダストが舞う
基礎：雪面に設置するが沈下し、傾く
電力：居住や他観測（雪氷、赤外天文等）と共有
輸送：そり輸送

切替鏡

2

何を観測するのかー遠方銀河探査

一般向け広報活動

電波
カメラ

受信機

10 m鏡の主観測装置。素子はMKIDS（Microwave Kinetic Inductance
Detector）を用いる。850 GHz帯3千素子のカメラからスタートするが、400 GHz
から1.5 THzの多色カメラへと開発を進 図11 開発中220GHz 図12 多波長カメラの構める。0.1 K級の極低温冷凍機を必要と 750素子MKIDS用の 想図 複数モジュールを組み合わせ0.4〜1.5THz
レンズアレイ
するが、電力削減も課題である。

( Ishii+ 2008, Seta+ 2012)

図3 1998年の気圧、気温、風速←図10 光線解析ソフトZEMAXによる像面スポットダイアグラム評価

電波カメラ

リッドと鏡の切替えで様々なヘテロダインユニットの選択が可能

開発計画

図6 ドームCコンコル
ディア基地へのルート（ｃ）小型精密物資は小型飛行機で直接運搬も可能

1年目

2年目

望遠鏡

設計

製作

受信機

概念設計 基本設計

3年目

4年目

5年目

国内

調整

試験

仮組

試験

評価

詳細設計

製作

6年目
輸送

7年目
南極組立
調整試験

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AY2017 h=p://hepsg3.px.tsukuba.ac.jp/TCHoU/symposium2018/LDPPD/

*83+'4#•Development of ATLAS Pixel Detectors for the HL-LHC
50x50um 2(-7:0&%,$";$FE65p2-8)9(@CERN;⇒!

•Forward Silicon Calorimeter for future ALICE upgrade
W/Si1./+APV 5+697(@ELPH) Mip

var<10%⇒complete module!

•Development of TOF detector for Rare-RI Ring
thin-film/MCP based TOF(@HIMAC)53-83ps(100ps)ε=98%•Development of Microwave Kine4c Inductance Detector for Astronomical Observa4ons
109ch MKID (100GHz, alive=87%) good NEP~10-16 W/√Hz(@1kHZ) ⇒1THz•R&D of quantum photo-sensor based on superconductor with cryo-SOI readout
Nb-Al/STJ-SOI amp: S/N~2 for visible light/25meV photon⇒new SOI amp•Multi-gap Resistive Plate Chamber for Time-of-Flight detector (for QGP@J-PARC)
large scale (~25cm/70) (@ELPH)114ps/30 (center)⇒single-end, impedance matching,,,•Low-Gain Avalanche Detector (LGAD) for 4D Tracking
diode(1mmφ)+DRS4(@FNAL)<30ps⇒strip type. Ampl

•Silicon-on-Insulator (SOI) Pixel Detector
0.65μm(FPIX2), 2.0μs:SOFISTv2), 1MGy⇒2(-7光量子検出器開発部門

Missions to GO
a personal view based on activities of current division members

Continue Detector Developments

hara/esumi
Silicon pixel/strip

 Develop PPDs in close linkage with other TCHoU Divisions
 Innovative detectors in TIA frameworkhara

Rad-hard
technology

SOIfurther enhancecollaboration under TIA– innovative PPD

cryo. amp
takeuchiSTJ

COBAND
STJ-TOFtomitaALICE

4D tracker

Precision neutron detector
X-ray detector
nishiboridesigning
testing
production

hara
LGAD

ILC pixel

3D stacking

Silicon Detector Lab

esumi
MRPC
J-PARCFCC

ATLAS(future circular collider at 100TeV)

O(10ps)readout

esumi
MCPTOF Rare IR beam
@RIKEN

Promote New Detector Developments
 least support of travel expense for projects with few budget
 pursuit realizing a testbeam at KEK AR (~4GeV e)

連携支援室センター運営室

Oﬃce of International
Innovation Interface

共用施設室

Oﬃce of Administration

Oﬃce of Shared Facilities

数理物質融合科学センター
融合研究企画室
Design Oﬃce of Integrated Research

宇宙史国際研究拠点

環境エネルギー材料研究拠点

ŹƒƀƏƉŒůƊƒƍƌŒŸƊƀƐƋƀ

？ ？ ？

QGP物性
解明

*

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計算科学研究センター (CCS)ŸƊƀƌƂƉŒ
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宇宙背景ν
探索

素粒子構造研究
素粒子構造
部門

南極
天文台

クォーク・核物
クォーク・
質
核物質
研究部門

研究部門

質量の起源であるヒッグス粒子の精査、新粒子探索／宇宙年齢数秒からの宇宙背景ニュートリノの発見に向けたロケット・衛星実験／
超弦理論による時空の起源の解明)ƻȋĺ¹

南極天文学
研究部門

研究部門

宇宙初期や中性子星内部のクォーク・グルー
オン・プラズマを探求／不安定核の質量測定による重元素の起源とRプロセスの解明

南極天文学による暗黒銀河探索／銀河、銀河系、宇宙構造の観測的研究／宇宙の構造と進化、生命の起源に至る
物質進化の理論的研究

光量子計測器開発部門

TIA-ACCELERATEと協働し、超伝導体検出器・光量子計測器を開発

・・・

2016年度 国立大学機能強化経費に基づき、数理物質融合科学センターの宇宙史
国際研究拠点と光量子計測器開発推進室を核として、2017年10月に設立。
=> science missionの明確化による、国際的ハブとしての求心力強化

Mission:
筑波大学が牽引する、素粒子・宇宙・原子核物理学の大型研究プロジェク
トを連結・融合
宇宙の創生と物質・生命の起源を数理的手法で研究し、宇宙史の統一的理解と新たな学問分野を創出・牽引
宇宙史研究の国際共同研究拠点形成

Members:
エネルギー物質科学
研究センター
TIA-ACCELERATE

構成教員：28 [CA: 6(+1), 海外unitPI: 3, 特任: 1]
連携教員：18 [客員: 7]

2018/4

国際共同研究と海外教育・研究ユニットの活動拠点:

稀少RIリング

to do/go

学際物質科学研究センター (TIMS)

物
質
変
換
材
料
部
門

Division of Materials for
Chemical Conversion

計算科学
研究センター

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研
究
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Research Team for BioenergyƙƺǇǊǆǈƧ

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変
換
物
質
部
門

Division of Materials forEnergy Storage and Conversion

宇宙•物質•生命o
シミュレーションèƻħÅǆǈƧƻæÖÑ

2017 / 10

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光
量
子
計
測
器
開
発
推
進
室

Laboratory for Development of
Photon and Particle Detectors\^Uĕ¯­ĲÖÑ

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ĆƙÑ

逆
問
題
研
究
推
進
室

Laboratory for Inverse Problems

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ク
ォ
丨
ク
・
核
物
質
部
門

Research Core for Developing Energy
and Environment-friendly Materials

Division of Quark Nuclear Matters

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不安定核
探査

Higgs
精密研究

素
粒
子
構
造
部
門

Division of Elementary Particles

ĥĹƻħÅ

南
極
天
文
部
門
︵
南
極
天
文
台
︶

Division of Antarctic Astronomy[Antarctic Observatory of Astronomy]

Research Core for the Historyof the Universe

宇宙史コンソーシアム、南極天文コンソーシアム、TIA-ACCELERATE
海外ユニット：韓国 ソウル国立大 Soo-Bong Kim教授（宇宙背景ニュートリ＋ センター細則改定

宇宙史研究と138億年史連携の推進:

ノ）2016/7 発足

海外ユニット：オランダ ユトレヒト大 Thomas Peitzmann教授、Marcovan Leeuwen教授（クォーク・グルーオン・プラズマ）2018/3 発足

南極天文台プロジェクトの推進（コンコルディア基地に建造、フランス・イタリアとの合意形
成、運用体制の整備、極地用観測機開発）
計算科学研究センターと連携して、理論・実験に跨る国際的宇宙史融合研究拠点の構築
国際会議・宇宙史セミナー・一般向け広報活動
全国級研究拠点(R2)への展開=>研究センター活動計画書（6/29提出締切）=>案をメール。//
卓越大学院プログラム「１３８億年史学位プログラム」の推進