hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
陽子反陽子衝突実験CDFによるトップとボトム・フレーバーの物理

当初の目的であるBs中間子振動の観測とトップクォーク単一生成の観測に共に成功して,小林益川行列要素を高精度で決定した。これによって,小林益川理論を高精度で検証した。さらに,当初予定していなかった成果として,トップクォーク対生成の前後方非対称性を測定した結果,理論予言値から2σ以上のずれが観測された。(1)本計画研究「陽子反陽子衝突実験CDFによるトップとボトム・フレーバー物理の研究」では,米国国立フェルミ加速器研究所テバトロン加速器を用いた世界最高エネルギー陽子反陽子衝突実験(CDF実験)を強力に推進し,トップクォークとBハドロンの生成崩壊の基本的な測定によって,小林・益川混合行列の高精度の決定をはじめとするフレーバー物理の研究を推進することを目的とする。(2) CDF実験では,1995年のトップクォークの発見以後、トップクォークの質量測定などで大きな成果をあげてきた。またボトム・フレーバーの物理については1998年にBc中間子を発見に成功しており、今後もトップとボトム・フレーバー物理の研究で,高精度の測定を行うことによって,標準理論を超える物理の探索を行う。本計画研究「陽子反陽子衝突実験CDFによるトップとボトム・フレーバーの物理」では,米国フェルミ国立加速器研究所の陽子反陽子衝突型加速器テバトロン衝突器を用いた世界最高エネルギー陽子反陽子衝突実験(CDF実験)のデータ収集と物理解析を強力に推進してきた。平成18年に電子冷却リングの新設などの加速器増強により,瞬間輝度をさらに増強し2.9x10^<32>cm^<-2>s^<-1>を達成した。これにより,平成18年度末までに積分輝度2.2fb^<-1>に相当する衝突事象データを取得した。またデータ収集システム,特にトリガーシステムとデータ記録システムの改良を平成18年度に終えて,テバトロン加速器の輝度増加に対応できる高速データ収集システムを設置した。これと平行して事象再構成プログラムの改良を遂行し,データの解析を進めた。物理データは本研究費で購入した磁気ディスクに保存した。解析プログラム開発,シミュレーション,物理の検討は現有の筑波大学の計算機と新たに購入予定の計算機PCを用いて行なった。この衝突事象の解析によって,本研究のテーマであるトップクォーク生成崩壊の精密測定,Bハドロン生成崩壊の精密測定について,下記に示すような成果を挙げた。ボトム・フレーバーについては,平成18年春にB_s中間子の粒子反粒子振動の初観測に成功した。その後,解析方法の改良によって測定精度を上げることに成功し,平成18年秋にB_s中間子振動をさらに高精度で測定した結果を発表した。その結果として,B_s中間子振動の角振動数Δm_s=17.77±0.10(統計誤差)±0.07(系統誤差)ps^<-1>を得た。また、この測定によって,小林益川混合行列のV_<td>/V^<ts>成分を|V_<td>/V_<ts>|=0.2060±0.0007(実験)+0.0081/-0.0060(理論)と決定した。これはこれまでの3倍の精度で小林益川理論の正しさを検証するものであった。トップ・フレーバーについては,単一トップクォーク生成の探索を行った結果,その生成断面積の上限値として95%信頼度で2.8pbを得た。これは標準理論の予言値2.86±0.31pbと矛盾しない結果であった。平成20年3月に最大瞬間輝度3.2x10^<32>cm^<-2>s^<-1>を達成した。これは設計値3x10^<32>cm^<-2>s^<-1>を超えるものである。平成19年度末までに積分輝度3.1fb^<-1>に相当する衝突事象データを取得した。またデータ収集システムの改良を進めて,テバトロン加速器の輝度増加に対応できる高速データ収集システムを運転している。トップ・フレーバーについては,トップクォークの単一生成断面積の測定によってV_<ts>/V_<td>成分を決定した。1.5fb^<-1>のデータを解析して単一トップクォーク生成の探索を行った結果,生成の証拠を99.87%の信頼度(3.1σ)で検出し,生成断面積3.0±1.2pbを得た。

この生成断面積から小林益川混合行列のV_<tb>成分を|V_<tb>|=1.02±0.18(実験)±0.07(理論)と19%の精度で決定した。今後,最終的にデータが5倍以上になるので,実験誤差は0.08以下となる。また同じテバトロン衝突器を用いたもう一つの実験Dゼロの結果と合わせると0.06以下となり,ほぼ当初の目標である6%の精度でV_<tb>成分を決定することが期待できる。本計画研究「陽子反陽子衝突実験CDFによるトップとボトム・フレーバーの物理」では,米国フェルミ国立加速器研究所の陽子反陽子衝突型加速器テバトロン衝突器を用いた世界最高エネルギー陽子反陽子衝突実験(CDF実験)のデータ収集と物理解析を強力に推進してきた。平成20年12月に最大瞬間輝度3.5x10^<32>cm^<-2>s^<-1>を達成した。これは設計値3x10^<32>cm^<-2>s^<-1>を超えるものである。平成20年度末までに積分輝度5.0fb^<-1>に相当する衝突事象データを取得した。またデータ収集システムの改良を進めて,テバトロン加速器の輝度増加に対応できる高速データ収集システムを運転している。これと平行して事象再構成プログラムの改良を遂行し,データの解析を進めた。物理データは本研究費で購入した磁気ディスクに保存した。解析プログラム開発,シミュレーション,物理の検討は現有の筑波大学の計算機と新たに購入した計算機PCを用いて行なった。この衝突事象の解析によって,本研究のテーマであるトップクォーク生成崩壊の精密測定, Bハドロン生成崩壊の精密測定について,下記に示すような成果を挙げた。ボトム・フレーバーについては, B_s→J/ψφの崩壊測定によって, B_s中間子の2つの質量固有状態の崩壊幅の差ΔΓsをΔΓs=0.02±0.05ps^<-1>(CPの破れのphaseβ_s=0と仮定したとき)と決定した。トップ・フレーバーについては,トップクォークの単一生成を観測することに成功した。トップクォーク単一生成断面積の測定によってV_<tb>成分を決定した。3.2fb^<-1>のデータを解析して単一トップクォーク生成の探索を行った結果, 99.99997%の信頼度(5σ)で生成を観測し,生成断面積2.3+0.6/-0.5pbを得た。この生成断面積から小林益川混合行列のV_<tb>成分を|V_<tb>|=0.91±0.11(実験)±0.07(理論)と12%の精度で決定した。今後のデータ収集により,最終的にデータが3倍になるので,実験誤差は0.06程度となる。また同じテバトロン衝突器を用いたもう一つの実験Dゼロの結果と合わせると0.05程度となり,当初の目標である6%の精度でV_<tb>成分を決定することが期待できる。平成22年3月に最大瞬間輝度3.8x10^<32>cm^<-2>s^<-1>を達成した。これは設計値3x10^<32>cm^<-2>s^<-1>を大きく超えるものである。平成21年度末までに積分輝度6.7fb^<-1>に相当する衝突事象データを取得した。
新規細胞内分子進化法の創成及び人工shRNAスイッチによる細胞運命制御系の構築

本研究の目的は、培養細胞とセルソーターを用いた新規の人工分子進化法を創出し、細胞内環境で特定の蛋白質に応答して、標的遺伝子の発現を制御する活性をもつshRNA(short hairpin RNA)を取得することである。そして、取得したshRNAを用いて、細胞内遺伝子発現の状態に応答して細胞運命を制御するシステムを構築することである。前年度までの研究の結果、上半期に細胞内遺伝子発現の状態に応答してアポトーシス制御シグナルを改変できる、細胞運命制御システムを構築することに成功し、ガン細胞特異的な除去システム等の基盤技術を確立できた。しかし、細胞内分子進化法の構築が難航したため、計画を変更し、shRNAのループに既存のRNA-蛋白質結合モチーフから抽出した天然由来の蛋白質結合RNA配列、または蛋白質結合RNAアプタマーを組み込み、これらの結合蛋白質に応答するshRNAスイッチを、分子進化法ではなく、立体構造を考慮してコンピュータ上で設計する手法の開発に着手した。具体的には、まず、RNA-蛋白質結合の共結晶構造に様々な長さの2重鎖部位を結合して、shRNAスイッチに結合蛋白質がつながった複合体の3次元コンピュータモデルを構築した。3次元モデルから、shRNAの2重鎖の長さを変えることで、ループ部位と結合蛋白質は、2重鎖部位を中心に螺旋階段を上るように、1塩基あたり、30度回転すると予想された。その後に、鞭毛虫の一種であるGiardiaのDicerの結晶構造を上述の複合体と切断活性部位を基準に重ね合わせ、3次元モデル上でDicerと結合蛋白質が立体障害を起こすかどうかを検討した。この結合蛋白質がDicerと立体障害を起こせば、Dicerが蛋白質の結合したshRNAに結合、切断することが出来なくなり、結合蛋白質依存的なshRNA切断スイッチになると考えられるからである。そのうえで、設計したshRNAと結合蛋白質との特異的結合が、3次元モデルで想定された立体障害に応じて、Dicerの切断を阻害するかを試験管内の再構成系で確認し、さらに細胞内で結合蛋白質の発現に応答するshRNAスイッチとしての機能を持つか検証した。その結果、この立体障害に相関して、スイッチのON/OFF効率が上昇することが判明し、3次元モデルを元にしたRNAスイッチの創成に成功し、新たな機能性RNAの設計手法を確立した。また、その手法を用いて、新たにヒトの免疫疾患に関わる蛋白質であるU1A蛋白質、ガン細胞で過剰発現するNFκB蛋白質、それぞれに応答してノックダウン機能を制御可能なshRNAスイッチを得た。今年度の研究成果は、元の研究計画に基づくものではないが、3次元構造をもとに機能性の遺伝子制御システムを設計する新手法の独創性と将来性が評価され、当該分野Synthetic Biologyで最大の国際学会であるthe 5th International Meeting on Synthetic Biologyに招待され、講演を行った。また、この研究成果を論文としてNucleic Acids Research誌に投稿し、現在査読中である。本研究の目的は、培養細胞とセルソーターを用いた新規の人工分子進化法を創出し、細胞内環境で特定の蛋白質に応答して、標的遺伝子の発現を制御する活性をもつshRNAを取得することである。研究の結果、上半期に細胞内遺伝子発現の状態に応答してアポトーシス制御シグナルを改変できる、細胞運命制御システムを構築することに成功した。具体的には、特定の蛋白質(L7Ae)に特異的に結合し、結合依存的にDicer切断を阻害し、shRNAの機能抑制を起こすBcl-xL(アポトーシス抑制蛋白質)標的shRNA : Kt-sh-Bcl-xLをを細胞導入すると、モデル蛋白質であるL7Aeの発現に応答したBcl-xLの発現制御を通して、BimEL(アポトーシス促進蛋白質)に対するBcl-xLの拮抗作用が制御され、L7Aeの発現特異的に、細胞死の抑制制御がかかったことが示された。これにより、特定の蛋白質を発現している細胞を除去または維持することが可能になり、研究目的である、ガン細胞特異的な除去システム等の基盤技術を確立できた。また、下半期には、計画を変更しshRNAのループに既存の天然由来の蛋白質結合モチーフ配列、または蛋白質結合RNAアプタマーを組み込み、長さを様々に変更した2重鎖部位を結合してデザインすることで、細胞内でモチーフの蛋白質の発現に応答してshRNAのノックダウン機能が制御されるshRNAを取得することを目指した。その結果、新たにヒトの免疫疾患に関わる蛋白質であるU1A蛋白質、ガン細胞で過剰発現するNFκB蛋白質、それぞれに応答してノックダウン機能を制御可能なshRNAの開発に成功した。上記の2つの研究成果は、今後実際に癌細胞特異的な除去システムを構築する上で主要な基盤となる。

しかし、細胞内分子進化法の構築が難航したため、計画を変更し、shRNAのループに既存のRNA-蛋白質結合モチーフから抽出した天然由来の蛋白質結合RNA配列、または蛋白質結合RNAアプタマーを組み込み、これらの結合蛋白質に応答するshRNAスイッチを、分子進化法ではなく、立体構造を考慮してコンピュータ上で設計する手法の開発に着手した。具体的には、まず、RNA-蛋白質結合の共結晶構造に様々な長さの2重鎖部位を結合して、shRNAスイッチに結合蛋白質がつながった複合体の3次元コンピュータモデルを構築した。3次元モデルから、shRNAの2重鎖の長さを変えることで、ループ部位と結合蛋白質は、2重鎖部位を中心に螺旋階段を上るように、1塩基あたり、30度回転すると予想された。その後に、鞭毛虫の一種であるGiardiaのDicerの結晶構造を上述の複合体と切断活性部位を基準に重ね合わせ、3次元モデル上でDicerと結合蛋白質が立体障害を起こすかどうかを検討した。この結合蛋白質がDicerと立体障害を起こせば、Dicerが蛋白質の結合したshRNAに結合、切断することが出来なくなり、結合蛋白質依存的なshRNA切断スイッチになると考えられるからである。そのうえで、設計したshRNAと結合蛋白質との特異的結合が、3次元モデルで想定された立体障害に応じて、Dicerの切断を阻害するかを試験管内の再構成系で確認し、さらに細胞内で結合蛋白質の発現に応答するshRNAスイッチとしての機能を持つか検証した。その結果、この立体障害に相関して、スイッチのON/OFF効率が上昇することが判明し、3次元モデルを元にしたRNAスイッチの創成に成功し、新たな機能性RNAの設計手法を確立した。また、その手法を用いて、新たにヒトの免疫疾患に関わる蛋白質であるU1A蛋白質、ガン細胞で過剰発現するNFκB蛋白質、それぞれに応答してノックダウン機能を制御可能なshRNAスイッチを得た。今年度の研究成果は、元の研究計画に基づくものではないが、3次元構造をもとに機能性の遺伝子制御システムを設計する新手法の独創性と将来性が評価され、当該分野Synthetic Biologyで最大の国際学会であるthe 5th International Meeting on Synthetic Biologyに招待され、講演を行った。また、この研究成果を論文としてNucleic Acids Research誌に投稿し、現在査読中である。
磁性の電界制御を用いた光学特性の制御およびそれを利用した新規光学素子への展開

本研究では、電気的に磁石の性質を操ることでその光学応答を制御し、新しい原理で動作する光スイッチ素子への展開を目指した。平成25年度には、ファラデー効果測定系を立ち上げた。また、室温付近に強磁性転移温度を持つコバルト超薄膜を安価なガラス基板上に作製すること成功するなど、予定以上の進展があった。平成26年度には試料作製条件の最適化を行い、構築したファラデー効果測定系を用いて電界効果の観測を試みた。その結果、室温において磁性の明瞭な変化が観測された。これにより、ファラデー効果のスイッチングを観測できたと考えているが、結果の解釈については今後注意深く検討していく必要がある。本研究は、磁性の電界制御と光学特性の関係を調査することを目的としたものである。主に光学測定系の構築、試料作製、電界印加下におけるファラデー効果の測定の3段階に分けて、順次研究を進めていく。平成25年度には、高感度なファラデー効果測定系の構築を主目的とした。可視光レーザー、偏光子およびフォトアンプを用いて測定系を組み上げた。さらに光電変換素子2台とスプリッタを組み合わせることで差分信号を取り出し、それを増幅して信号を得るという工夫を施した。試料ホルダー(ペルチェ素子による温度コントロールが可能)および小型マグネット(100 Oeの磁界を発生可能)を自作し、測定系に組み込んだ。これらの測定系を用いて、膜厚0.4ナノメートルのコバルト(Co)薄膜をテスト試料における磁化反転に伴うファラデー回転角変化を検出することに成功した。さらに、電界印加による保磁力の増減も観測できた。本研究で重要な点は、室温付近に強磁性相転移温度(Tc)を持つ試料を作製できるかどうかであった。本研究では透明基板を使用する必要があるが、扱いが困難なメンブレン基板ではなくガラス基板上でも垂直磁化Co薄膜が製膜可能であることがわかった。さらに、条件探索の過程で、スパッタパワーを変えることでCo薄膜における電界効果の符号が反転するという現象を発見した。本成果をApplied Physics Express誌に発表した。Coおよび下地プラチナ層の膜厚を最適化することで、室温付近にTcを持つ試料を作製するための条件を見つけることは今後の課題である。本研究の目的は、電気的に磁石の性質を操ることでその光学応答を制御し、全く新しい原理で動作する光スイッチ素子への展開を目指すことである。特に、電界を加えて相転移を引き起こすことで、ファラデー効果を誘起もしくは消失できることを証明する。平成26年度にはまず、ガラス基板上にてコバルトの膜厚を変えながら製膜を行い、相転移温度が室温付近にあるような条件を見出した。その条件において、前年度に構築したファラデー効果測定系を用いて、コバルト超薄膜の強磁性相転移制御の観測を試みた。当初は固体の酸化ハフニウムをゲート絶縁膜として利用したが、思いのほか変化量が小さいため、明確な相転移を確認することができなかった。そこで、キャパシタンスが大きく、キャリア濃度を大きく変調できることが期待されるイオン液体を用いる方針に転換した。イオン液体を染み込ませたポリマーフィルムをコバルト薄膜上に接着させて電界を印加し、ファラデー効果の測定を行った。これにより、電界によるファラデー効果のスイッチングを観測することができたと考えており、本研究の目的はほぼ達成されたといえる。スイッチングの起源は強磁性⇔常磁性の相転移によるものである可能性が高いと考えているが、磁化容易軸の垂直⇔面内の変化によるものである可能性もあるため、得られた実験結果の解釈については今後も注意深く検討していく必要がある。さらに、イオン液体を用いる場合に懸念される化学反応の影響を抑えるために、真空チャンバー内での実験も検討している。また、鉄やニッケルなど他の強磁性体を用いた研究も行う予定である。26年度が最終年度であるため、記入しない。スピントロニクス26年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度における本研究の目的は、ファラデー効果測定系の立ち上げであった。研究遂行上の問題点として考えていたのは、薄膜磁性体の微小磁化を検出できる程の高感度な測定系を組み上げることができるかどうかであった。可視光レーザーおよび偏光子のみを用いた場合、シグナルが極めて小さいため検出が困難であった。そこで2台の受光器とスプリッタによる差分信号増幅を用いた結果、薄膜であっても十分に検出可能なファラデー回転の信号強度を得ることができた。また、本年度には試料作製条件の探索も予定を前倒しして進めることができた。

最終目標は室温付近に強磁性転移温度(Tc)を持つ金属強磁性薄膜の作製である。当初は光を透過できるメンブレン基板上に作製する予定であったが、条件探索の過程で、より扱いやすく安価なガラス基板上においても垂直磁化コバルト薄膜を作製できることを発見した。以上のように、本年度は当初予定していた高感度なファラデー効果測定系の構築に成功しただけでなく、試料作製を効率的に行うためのガラス基板の有効性を確認することができた。それらをもって、本研究は当初の計画以上に進展していると考えている。本研究では、磁性の電界制御と光学特性の関係を調査する。主に光学測定系の構築、試料作製、電界印加下におけるファラデー効果の測定の3段階に分けて、順次研究を進めていく。平成25年度には高感度なファラデー効果測定系の構築を主目的とし、それを用いてコバルト薄膜中のファラデー回転を観測することに成功した。しかし、現状ではノイズが大きいなどの問題があり、薄膜磁性体の微小磁化に対するより信頼性の高いデータを得るためには、ノイズの低減が不可欠である。そこで平成26年度には、適切なアンプ等を選択し、測定系の感度を上げることを目指す。同時に、電界を印加可能な強磁性薄膜を作製するための条件出しを行う。当初はメンブレン基板上に製膜する予定であったが、透明なガラス基板上でも垂直磁化を有するコバルト超薄膜を製膜できることが判明した。扱いやすく安価であることを考慮して、本年度は主にガラス基板を使用する。室温付近に強磁性相転移温度を持つコバルト薄膜を透明材料上に作製する必要があるため、その条件出しに年度前半は注力する。その後、電界を印加した状態でのファラデー効果の測定に移る。測定時に現れる不具合を見つけ、測定系・試料作製にフィードバックしながらデータを取得していく。また、鉄(Fe)やニッケル(Ni)など他の3d強磁性金属にも対象を広げ、材料依存性の調査を通して電界による光学特性制御の背後にある物理的メカニズムの解明を行いたい。本年度も、研究協力者との緊密な連携を図りながら進めていく。研究期間内の特許出願・論文投稿・学会発表を念頭に置きつつ、期間終了後のより発展的な研究を常に視野に入れながら研究を進める予定である。
円偏光を利用した星惑星形成の研究

すばる望遠鏡などを利用して、惑星形成領域における赤外円および直線偏光観測を行うことを目指した。1年目は南アフリカにある近赤外線望遠鏡IRSFを用いて星・惑星形成領域の円偏光サーベイ観測や直線偏光観測を行い、その結果を欧文査読論文として2編、2年目も引き続き3編出版した。これらの研究は、今後、円盤スケールでの円偏光と生命のホモキラリティーの議論を行うことにつながるものである。さらに、すばる望遠鏡において高解像度赤外円偏光の観測を行うための偏光器のアップグレードを完了し、試験を行った。今後の星惑星形成、円盤およびアストロバイオロジーの研究に新展開をもたらすものと期待される。本研究では、すばる望遠鏡などを利用して、惑星形成領域における赤外円および直線偏光観測を行うことを目指している。惑星形成の場である原始惑星系円盤の観測には、0.1秒角程度の解像度が不可欠であり、8m級望遠鏡と補償光学の利用が不可欠である。本研究の究極的な目標は以下のとおりである。世界で初めて0.1秒角での赤外円偏光観測を実現し、これによって、原始惑星系円盤の円偏光場をマップし、散乱の効果および磁場の影響について、直線偏光と組み合わせて解明することである。同じデータから、円盤上層部のダストサイズ・性質の情報も得ることも期待できる。これと並行して、より大きなスケールでの赤外円偏光観測も継続し、さまざまなスケールでの円偏光の振舞を理解する。本研究のため、1年目は南アフリカにある近赤外線サーベイ望遠鏡IRSFを用いて星・惑星形成領域の円偏光サーベイ観測を行い、その結果を欧文査読論文として出版した(Kwon et al. 2016a, ApJ, 824, 95, Kwon et al. 2016b, AJ, 152, 67)。本研究は、今後、円盤スケールでの円偏光と生命のホモキラリティーの議論を初めて行うことにつながる。さらに、すばる望遠鏡において高解像度赤外円偏光の試験観測を行うための偏光器のアップグレードも進めた。本研究で取得している円偏光データは、いずれも過去にはない全く新しいデータであり、星形成、円盤およびアストロバイオロジーの研究に新展開をもたらすものと期待される。事前準備として、HiCIAO用に開発された偏光装置をIRCSでも使える円偏光観測装置にアップグレードを計画通り行った。平成28年度中に準備した円偏光器の実観測における較正を行いつつ、研究代表者のこれまでに円偏光データの解析の深い経験を元に、解析ソフトウェアを整備した。観測ソフトウェアについては、直線偏光モードのものを利用して、比較的容易に準備できた。悪天のため、本観測のデータは取得できなかったが、SEEDSプロジェクトにより発見された円盤のうち、円偏光の有意な検出が期待される明るい天体を最優先としたターゲット選定もすでに終わっている。今後は、とりわけ世界的にも未開拓の円偏光観測の高解像度化の実現化を目指して本研究を進めたい。去年、本研究のためのハードウェア・ソフトウェア製作および試験観測を行い、データ解析を進めている。「すばる望遠鏡のための円偏光機能アップグレード」をハワイ観測所と共に進めており、研究代表者は波長版回転機構の追加ハードウェア製作・ソフトウェアのアップグレード、追加観測とサイエンス検討を主導している。以下に、本年度のタイムスケールでの具体的な研究計画・方法について記述する。1)事前準備として、HiCIAO用に開発された偏光装置の円偏光観測用アップグレードを行い、現在はIRCSでも使用することができるようにした。2)1年次は悪天候のため高解像度の円偏光のサイエンス観測ができなかったが、平成29年度中に準備した円偏光偏光器の実観測における較正を継続しつつ、ソフトウェアのアップグレードを整備する。

3)上記の較正確認後、再度本番観測を進める。ターゲット選定は、SEEDSプロジェクトにより発見された円盤のうち、円偏光の有意な検出が期待される明るい天体を最優先とする。星形成領域が対象となるため、夏季と冬季にそれぞれ1回の観測とする予定である。個々の天体の詳細な議論には、赤外線天文衛星「あかり」のデータを用いてSEDモデリングも行うなど、多波長側の定量的な解析を進む。4)上記で得られたデータ(合計約40個;1個でも新しいデータとなることに注意)について、天体個別、かつ、すべての天体に対して系統的な議論を行う。そして、その結果を個別天体と統計議論に分けて査読誌に発表し、プレスリリース等の成果公表を行う。29年度が最終年度であるため、記入しない。天文学29年度が最終年度であるため、記入しない。
トムが建てた＜家＞：マーフィーの描くアイルランドの心性史

劇作家トム・マーフィーは、The House(2000)という作品を、「自分の過去の作品群との関係がこの劇の中にはあり、古くからこだわってきた様々なテーマが込められている」と位置づけ、「過去の作品群を総括したものである」と述べているが、The Houseを起点に、マーフィーの作品の全体像を捕らえ、アイルランドの心性史の中に位置づける作業を進めた。研究計画に従い、音楽がマーフィーの文学性にどのように寄与し、それぞれの作品のテーマを支えているかについて、考察を進める中で、テキストと上演の関係性について検討する必要が生じた。この点における、マーフィーの特殊性について、2019年7月に開催されるIASIL国際大会では、この視点から口頭発表の予定。一方、BGMとして使われるオペラやクラシック音楽の要素、登場人物の内面を露わにする舞台で歌われる歌の役割を、The Houseとの関連の中で検討した。アイルランドの国立劇場であるアビー・シアターの所蔵の映像記録を、8月と1月3月にかけてのダブリン出張で集中的に視聴できたこと、またトリニティ・カレッジ(TCD)のマーフィー文書を調査できたことは大きな収穫であった。TCDの付属機関であるTrinity Centre for Literary and Cultural TranslationからTranslator in Residenceとして、Bursary(奨学金)を1月末から3月末(2019年7月末まで継続)まで受けることができ、The HouseとBrigit(2014)の翻訳出版の補助を政府機関であるLiterature Irelandから受ける目処がたったため、23月の間は、この2作品の翻訳を進めた。Literature Irelandから補助金を受けられる目処がたったため、The HouseとBrigitを翻訳出版するという、本来の研究計画にはなかったが翻訳作業が加わった。そのため、論文執筆が少し遅れてはいるが、本研究の中心に据えたThe Houseを翻訳することで、さらに詳細な分析が可能になってきている。2019年1月末から7月末にかけて、ダブリンに滞在できるという機会を最大限に利用し、トリニティ・カレッジが所蔵するマーフィー文書、アビー・シアターのアーカイブが所蔵する関連資料、映像資料などを集中的に調査し、論文執筆を進める。2019年度は、マーフィーの音楽性と、移民のテーマについて焦点を当てる。
一塩基多型特異的RNAスプライシングの探索と応用

疾病発症や病態進行の原因を解明するため、様々な遺伝要因や環境要因の探索が行われてきた。中でも遺伝要因である一塩基多型(SNP)の解析は大規模に行われ、疾患に関連するSNPsが数多く同定された。しかし、疾患関連SNPsの中で、疾患原因遺伝子のコーディング領域に存在するものは全体のわずか10%しかなく、その多くは原因遺伝子との関連がわかっていない。そこで、本研究では、RNAスプライシングを通して、翻訳産物に対して劇的な変化をもたらす重大な遺伝子多型を同定する。具体的には、1000人ゲノム計画等ヒト臨床サンプルの遺伝子発現(RNA-seq)データを利用して、ヒトで実際に起こっているSNPsと関連したRNAスプライシングの解明を目指す。最終年度では、これまでに同定されたSNPsとエクソン情報から、SNPsに影響を受けるRNAスプライシングを検出し、さらにスプライシングエクソン翻訳領域の機能を予測するプログラムを作成した。RNAスプライシングに関与するSNPsを検出して、その翻訳産物の機能を推定するためのプログラムツールは未だ開発されていなかった。そこで本研究で実施したデータ解析アルゴリズムを実装する新規プログラムの作成を行い、その開発に成功した。今後は、がん患者のSNPsと関連するスプライシングエクソンがどのような疾病と関連しているかを明らかにし、病態の進行を予測するためのモデルを構築する必要がある。本研究の結果、個人差で見られるRNAスプライシングパターンと病態進行の程度との間の関係が明らかになれば、複雑な病態の詳細な理解へとつながることが期待される。そこで本研究では、RNAスプライシングを通して、翻訳産物に対して劇的な変化をもたらす重大な遺伝子多型を同定する。本研究の結果、個人差で見られるRNAスプライシングパターンと病態進行の程度との間の関係を明らかにすることで、複雑な病態の詳細な理解へとつながることが期待される。本年度の研究では、臨床サンプルデータを使って、実際にヒトの生体内で起こっているSNPsと関連したRNAスプライシング(エクソン・スキッピング)現象を見つけ出した。1000人ゲノム計画に関連する462人分のRNA-Seqデータを用いて、SNPsとそれらに対応するスプライシングの検出を行った。また、The Cancer Genome Atlas (TCGA)データベースでは、がん患者のSNPs情報とRNA-Seqデータを入手することができる。TCGAデータに対しても同様な解析を行うために、配列データを入手した。以上のデータ解析より、1塩基の違いによってRNAスプライシングパターンが劇的に変化するエクソンを見つけ出すことに成功した。本年度の研究では、SNPsと関連したRNAスプライシング(エクソン・スキッピング)現象を見つけ出すために、1000人ゲノム計画に関連するデータ及びTCGAデータベースから配列データを入手して、RNAスプライシングパターンの検出を試みた。具体的なデータ解析として、通常のRNA-Seq解析パイプラインに加えてSNPs検出用のプログラムを組み込んだ。そして、スキッピングエクソンとSNPsが一致するエクソン領域を抽出した。さらに、スプライシングエクソンの生物学的意義を調べるために、読枠に注意しながらアミノ酸配列に翻訳してペプチド断片を算出した。得られた断片にどのような機能があるかを確認するために、タンパク質ドメイン検索や立体構造情報との対応を調べた。以上の解析手順により、1000人ゲノム計画に関連するデータに対しては、1塩基の違いによってRNAスプライシングパターンが劇的に変化するエクソン約50個を見つけ出すことに成功した。一方、TCGAデータに対する解析では、配列データの入手までしか終了していないことから、本年度の計画内容を達成し「やや遅れている」とした。

本研究の結果、個人差で見られるRNAスプライシングパターンと病態進行の程度との間の関係が明らかになれば、複雑な病態の詳細な理解へとつながることが期待される。本年度に同定されたSNPsとエクソン情報から、SNPsに影響を受けるRNAスプライシングを検出し、さらにスプライシングエクソン翻訳領域の機能を予測するプログラムを作成する。RNAスプライシングに関与するSNPsを検出して、その翻訳産物の機能を推定するためのプログラムツールは未だ開発されていない。本年度で実施したデータ解析アルゴリズムを実装する新規プログラムを作成する。また、がん患者のSNPsと関連するスプライシングエクソンがどのような疾病と関連しているかを明らかにし、病態の進行を予測するためのモデルを構築する。以上のデータ解析より、SNPsと病態との間の関係を解明することによって、複雑な疾病の詳細な理解へと繋がることが期待される。最終的に、本研究で得られた結果を取りまとめ、成果の発表を行う。本年度配分額のうちおよそ64千円が次年度繰越となった。その理由は、学会での成果発表を延期したためである。次年度は、この繰越金を加えた額で、次世代シーケンサーによる配列決定用試薬の購入や研究打ち合わせのための旅費に使用する計画である。
オプトジェネティクス法を用いた島皮質による侵害情報に対する修飾作用の解明

歯や舌などの口腔領域の痛みは病気との関連を理解できない小児とって精神的・肉体的に深い苦痛であり,精神発達に遅れを生じることがある。口腔領域における下行性抑制系の解明は,耐え難い「口腔領域の痛み」を取り除く歯科診療における重要な基盤となり,早期治療の確立と異常性疼痛の回避につながる。本研究では,口腔領域の痛みに対する大脳皮質からの直接的および間接的調節機構を分離し,それぞれの役割を明らかにすることを最終目標とした。まず尾側亜核の口腔内の痛みに対する神経活動が,大脳皮質電気刺激によってどのように修飾されるかを検証する。さらに,optogeneticsの手法を導入してチャネルロドプシン2 (Channelrhodopsin 2:ChR2)を皮質ニューロンに発現させ,光刺激により尾側亜核への直接投射経路を選択的に活性化して口腔内の痛みに対する島皮質からの修飾作用を明らかにする。イソフルラン麻酔下で生後4-5週齢ラットの島皮質直上の頭蓋骨を穿孔し,ハミルトン社製マイクロシリンジにてChR2を発現させるadeno-associated virusを微量注入しChR2発現ラットの作製した。歯髄侵害情報を伝える三叉神経第三枝である下歯槽神経に電気刺激を行い,尾側亜核の単一ニューロンレベルでの発火の増加を確認した。in vivoにおいて下歯槽神経刺激に対する尾側亜核の神経活動が,島皮質先行刺激によって増加することを示した。またin vitroにて急性脳スライス標本を作製し,興奮性ニューロン,抑制性ニューロンそれぞれにホールセルパッチクラン法を用いて450 nmLED光刺激を行った結果,いずれもEPSCが誘発されることを示した。本研究の目的は1口腔領域の痛みに対する島皮質による尾側亜核の神経活動に対する修飾作用の解析:同心円電極による島皮質電気刺激を用いて,中継核を介した全脳的な尾側亜核への修飾作用を明らかにする。2口腔領域の痛みに対する島皮質から尾側亜核への直接的な神経活動修飾作用の解析:ChR2を発現したラットを用い,光刺激による島皮質ー尾側亜核経路を活性化することで,直接的な尾側亜核への修飾作用を明らかにする。平成30年度の実験計画は1ChR2発現ラットを用いてChR2発現ラットへの光刺激の条件検討および光刺激による歯髄刺激応答への修飾作用の検討2尾側亜核下歯槽神経刺激応答に対する光刺激の作用解明であった。これまで1ChR2発現ラットへの光刺激の条件検討および光刺激による歯髄刺激男応答への修飾作用の検討が終了していないため現在の進行状況に関しては遅れている。平成30年度の計画である1ChR2発現ラットへの光刺激の条件検討および光刺激による歯髄刺激応答への修飾作用の検討が進むことにより、30年度の尾側亜核下歯槽神経刺激応答に対する光刺激の作用解明と平成31年度の三叉神経脊髄路核尾側亜核ニューロンの直接および間接的な島皮質の修飾作用の検討が進むと考える。また、本研究では,記録されたニューロンの発火特性,例えば発火頻度,スパイクの幅,バースト発火の有無などから推定することを目標とするため,必要であれば,Vesicular-GABAtransporter (VGAT)-Venus遺伝子導入ラット(Venus発現ラット)のスライス標本を用い,ホールセルパッチクランプ法を用いることでVenusの発現の有無から細胞の種類を同定し,それぞれから記録することが可能である。その結果を考慮し,細胞の同定に還元できる可能性がある。

2口腔領域の痛みに対する島皮質から尾側亜核への直接的な神経活動修飾作用の解析:ChR2を発現したラットを用い,光刺激による島皮質ー尾側亜核経路を活性化することで,直接的な尾側亜核への修飾作用を明らかにする。平成30年度の実験計画は1ChR2発現ラットを用いてChR2発現ラットへの光刺激の条件検討および光刺激による歯髄刺激応答への修飾作用の検討2尾側亜核下歯槽神経刺激応答に対する光刺激の作用解明であった。これまで1ChR2発現ラットへの光刺激の条件検討および光刺激による歯髄刺激男応答への修飾作用の検討が終了していないため現在の進行状況に関しては遅れている。平成30年度の計画である1ChR2発現ラットへの光刺激の条件検討および光刺激による歯髄刺激応答への修飾作用の検討が進むことにより、30年度の尾側亜核下歯槽神経刺激応答に対する光刺激の作用解明と平成31年度の三叉神経脊髄路核尾側亜核ニューロンの直接および間接的な島皮質の修飾作用の検討が進むと考える。また、本研究では,記録されたニューロンの発火特性,例えば発火頻度,スパイクの幅,バースト発火の有無などから推定することを目標とするため,必要であれば,Vesicular-GABAtransporter (VGAT)-Venus遺伝子導入ラット(Venus発現ラット)のスライス標本を用い,ホールセルパッチクランプ法を用いることでVenusの発現の有無から細胞の種類を同定し,それぞれから記録することが可能である。その結果を考慮し,細胞の同定に還元できる可能性がある。予定していた日本神経科学会および北米神経科学会の参加をとりやめたため残金が生じた。次年度の繰越金は、平成31年度の助成金と合わせてChR2発現ラットへの光刺激の条件検討および光刺激による歯髄刺激男応答への修飾作用の検討ならびに三叉神経脊髄路核尾側亜核ニューロンの直接および間接的な島皮質の修飾作用の検討のための物品費に使用する。
臨床応用を念頭に置いた羊膜を基質とした培養歯髄由来細胞シートの開発

本研究は、通常、廃棄予定である分娩後の羊膜と抜歯後の親知らず(智歯)の内部に存在する歯髄細胞を用い、羊膜の上で歯髄細胞を培養した。その結果、シート状を呈しており、細胞シートの作成に成功した。さらに、得られたこの羊膜上培養歯髄細胞シート(歯髄細胞シート)は、間葉系幹細胞を有するともに骨分化能を認めた。以上から、歯髄細胞シートはシート上の歯髄幹細胞による組織再生への可能性が示唆された。これまでに、我々は抗炎症作用・感染抑制作用等を有する羊膜に注目し、羊膜を基質とした培養口腔粘膜上皮細胞シートならびに培養歯根膜シートの作成方法を確立した。そこで今回我々は、幹細胞ソースとして近年着目され、骨分化能に関する報告が散見される歯髄細胞に注目した。研究は、羊膜上に歯髄由来細胞を培養し、培養歯髄シートを作成、免疫組織学的な検討を行った。さらに、培養歯髄シートの骨分化能に関して検討を行ったので報告する。歯髄由来細胞は、抜去された智歯より歯髄組織のみを採取。10%FBS/DMEM培養液にて34代継代培養後、羊膜上にこれら歯髄由来細胞を播種し、2週間培養、HE染色ならびにvimentin、Ki-67、Zo-1、CD44、CD105、CD146の局在について免疫組織化学的検討を行った。また、羊膜上に歯髄由来細胞を播種、10%FBS/DMEM(control群)あるいは骨分化誘導培地(アスコルビン酸、β-グリセロリン酸、デキサメサゾン添加10%FBS/DMEM培地)(骨分化群)にて4週間培養。その後、アリザリンレッドS染色を行い、骨分化能に関して検討を行った。その結果、歯髄由来細胞は羊膜上で層状構造を示し、シート状の培養が可能であった。羊膜上歯髄由来細胞はvimentin、Ki-67、Zo-1陽性であり、間葉系幹細胞マーカーであるCD44、CD105、CD146陽性細胞の局在を認めた。また、アリザリンレッドS染色では骨分化群がcontrol群と比べ高い染色性を示した。以上の結果から、シート上に存在する歯髄幹細胞による歯周組織再生の可能性が示唆された。本研究では、これまでに羊膜上で歯髄由来細胞を培養することで、羊膜を基質とした培養歯髄由来細胞シート(歯髄細胞シート)の作成に成功した(平成23年度)。この歯髄細胞シートは、骨分化誘導培地で培養することで、アリザリンレッドS染色への高い染色性と間葉系幹細胞マーカーの発現がみられた(平成24年度)。そこで平成25年度は、歯髄細胞シートの臨床応用を目指して以下のように、さらなるシートの最適化を行った。実際には、抜去された智歯より歯髄組織を採取。10%FBS/DMEM培養液にて34代継代培養後、羊膜上にこれら歯髄由来細胞を播種し、2週間培養、HE染色ならびにvimentin、Ki-67、Zo-1、desmoplakin、colagenIV、CD44、CD105、CD146について免疫組織化学で評価を加えた。また、歯髄細胞シートを10%FBS/DMEM(control群)あるいは骨分化誘導培地(骨分化群)にて4週間培養後、アリザリンレッドS染色にて骨分化能を検討した。その結果、歯髄由来細胞は羊膜上でvimentin、Ki-67、Zo-1、desmoplakin、colagenIV陽性を示し、シート状の培養が可能であった。また、間葉系幹細胞マーカーであるCD44、CD105、CD146陽性細胞の局在を認めた。アリザリンレッドS染色では、骨分化群がcontrol群と比べ高い染色性を示した。本研究から、作成した羊膜を基質とした培養歯髄由来細胞シートは、シート上の歯髄幹細胞による歯周組織再生の可能性が示唆された。我々は、羊膜の有用性に注目、羊膜を細胞培養基質として用いた再生医療の研究を実施している。これまでに、羊膜を基質とした培養口腔粘膜上皮細胞シートの作成方法を確立、口腔粘膜上皮欠損症例に対し臨床応用を行い良好な結果を得たことから、羊膜が細胞培養の基質として適し、また新たな再生医療的な治療法として有用かつ有効であることを報告した。さらに、この細胞培養系を歯根膜由来細胞の培養に応用、培養歯根膜シートの作成に成功するとともに、in vivoで自家移植を行う技術を開発した。そこで今回は、歯髄由来細胞を用いた羊膜上培養歯髄シートを作成を試みた。智歯の便宜抜歯から得た歯をセメントエナメル境で横断、歯髄組織のみを無菌的に採取した。歯髄組織を細分し、10%ウシ胎仔血清と抗菌薬を添加したα-MEMを用い初代培養を行った。その後34継代培養、羊膜上にこれら歯髄

由来細胞を播種し、約2週間培養、ヘマトキシリン・エオジン染色ならびにvimentin、Ki-67、Zo-1、CD44、CD105、CD146について免疫組織化学的検討を行った。なお、本研究の実施および歯髄組織と羊膜の利用は、患者ならびに本大学医学倫理審査委員会の許可を得ている(RBMR-C-772)。その結果、歯髄由来細胞は羊膜上で層状構造を示し、シート状の培養が可能であった。また、羊膜上歯髄由来細胞は間葉系細胞マーカーであるvimentin、細胞増殖マーカーであるKi-67陽性であり、細胞間には細胞間接着マーカーであるZo-1が発現していた。さらに、間葉系幹細胞マーカーであるCD44、CD105、CD146陽性細胞の局在も認めた。以上から、羊膜は歯髄由来細胞の培養に適当な足場として機能しており、歯髄由来細胞は個々の細胞ではなく、羊膜上で一枚の細胞シートを形成した。さらにシート中に幹細胞が存在する可能性が示された。本研究課題の交付申請書に記載した「研究の目的」では、1.歯髄由来細胞を羊膜上にてシート状に培養し、作成した羊膜上培養歯髄由来細胞シートの組織学的・免疫組織的検討を行うこと、ならびに2.実験動物への移植後における同培養シートの遊走増殖を経時的に観察し、羊膜特有の作用(抗炎症作用・感染抑制作用など)を持つ新たな培養シートの開発のための検討を行うとしている。具体的には、平成23年度に「羊膜を用いた歯髄由来細胞培養シート作成の最適化および組織学的・免疫組織学的検討」、平成24年度に「歯周病原因子に対する羊膜上培養歯髄由来細胞シートの免疫学的特性の検討ならびに移植に関する検討」、平成25年度に「各々の患者に応じた羊膜上培養歯髄由来細胞シートの作成」といった研究計画を立案している。そこで現状としては、前記の「研究実績の概要」に記載したとおり、平成24年度は、この歯髄由来細胞培養シートの移植を目指して、シートのさらなる最適化を実施した。その結果、この歯髄由来細胞培養シートは、骨分化能を有し、歯周組織再生の可能性を見いだした。そして、本研究課題の交付申請書に記載した「研究の目的」の2.の後半部分である新たな培養シートの開発(最適化)に関しては一定の成果が得られた。しかしながら、「研究の目的」の2.の前半部分である実験動物への移植後は、今のところ未達成となっている。このため本研究課題の「現在までの達成度」は、自己点検による評価として、上記区分を選択した。そこで現状としては、前記の「研究実績の概要」に記載したとおり、羊膜を用いた歯髄由来細胞培養シート作成の最適化および組織学的・免疫組織学的検討が行われ、一定の研究成果が得られた。
レーザーアブレーションによる高機能無機材料創成の研究

レーザーアブレーション法は、誘電体、超伝導体など様々な種類の無機積層薄膜が形成でき、有力な機能性無機材料作成法である。レーザーアブレーション法をさらに発展させ、原子分子層制御無機機能性人工格子などの設計、合成に応用していくには、アブレーションのメカニズムを明らかにすることと同時に、レーザーアブレーション特有の特徴を薄膜形成に生かして新しい人工物質を実際に創成していくことが重要である。この様な背景のもとに、無機物質化学、表面界面化学で世界的に活躍しているハーバード大学Prof.Lieberグループと短パルスレーザーの科学で活躍しているハンガリー・ジェイト大学Prof.Szaboグループと川合グループが共同で「レーザーアブレーション薄膜形成のメカニズム解明と人工格子への応用の調査研究」を行った。平成6年度は、主に金属酸化物、特に強誘電体(BaTiO_3,SrTiO_3)と超電導体(Bi_2Sr_2CaCu_2O_8系)を中心にしてレーザーアブレーションのメカニズムと薄膜形成の決定要因の解明について調査研究を行った。既存のエキシマレーザーを用いて、上記物質群のアブレーションメカニズムを調べた。放出粒子の光強度依存性、及び、アブレートされた部分の微視的モルフォロジーなどからアブレーションが、主に光化学的プロセスであり、しかも内殻最高準位電子の多光子励起によって起こることが明らかになった。このメカニズムは、2つのレーザーパルスを遅延させてアブレーションさせる実験によって確認できた。アブレーションによって生成した粒子のエネルギーと薄膜表面と構造との相関を解析し、より良質の薄膜の形成要因を明らかにした。平成7年度は、レーザーアブレーションによる人工格子形成に調査研究の中心をおいた。BaTiO_3,SrTiO_3,Bi_2Sr_2CaCu_2O_8など異なったターゲットを用いて、格子定数の異なる層を積層し、強誘電体及び超伝導体の歪格子を形成した。強誘電性人工格子系では、最も誘電率の大きなBaTiO_3を基本層とし、これより格子定数の小さなSrTiO_3,CaTiO_3の層で挟んだ人工格子を作り、C軸を引き延ばすことにより、さらに大きな誘電率をもつ新物質(歪み誘電体人工格子)を形成した。又、PbTiO_3を基本層とする系でも、同様な歪みを加えることにより、分極の大きな新物質を系統的に形成して、物質の構造と特性との相関を明らかにできた。超伝導人工格子系では、Ba系超伝導体の異種元素の導入とCuO_2層数の調節を主に行った。CuO_2層数をレーザーアブレーションの原子分子層積み上げでコントロールし、その層数と超伝導転移温度との関係を調べた。その結果、金を導入した人工格子を作成できたこと、及び、その系でCuO_22層の系が安定であることを見出した。これらの無機機能性薄膜材料の設計、合成について、前年度に調査したアブレーション放出粒子のサイズ、エネルギーと各原子層分子層形成の温度、表面の平坦性の関連を調べ、高機能酸化物人工格子の形成条件を明らかにすることができた。当初計画した研究目的と研究計画については、大方計画通りに進むことができた。レーザーアブレーションのメカニズムが内殻電子の多光子過程を経ることなど重要な結果を得た。本研究の成果は、論文にまとめて公表する他、米国、及び、日本の物理学会、応用物理学会で発表した。特に、1995年度は、国内だけでなく、米国の物理学会に行き共同研究の成果を発表した。

強誘電性人工格子系では、最も誘電率の大きなBaTiO_3を基本層とし、これより格子定数の小さなSrTiO_3,CaTiO_3の層で挟んだ人工格子を作り、C軸を引き延ばすことにより、さらに大きな誘電率をもつ新物質(歪み誘電体人工格子)を形成した。又、PbTiO_3を基本層とする系でも、同様な歪みを加えることにより、分極の大きな新物質を系統的に形成して、物質の構造と特性との相関を明らかにできた。超伝導人工格子系では、Ba系超伝導体の異種元素の導入とCuO_2層数の調節を主に行った。CuO_2層数をレーザーアブレーションの原子分子層積み上げでコントロールし、その層数と超伝導転移温度との関係を調べた。その結果、金を導入した人工格子を作成できたこと、及び、その系でCuO_22層の系が安定であることを見出した。これらの無機機能性薄膜材料の設計、合成について、前年度に調査したアブレーション放出粒子のサイズ、エネルギーと各原子層分子層形成の温度、表面の平坦性の関連を調べ、高機能酸化物人工格子の形成条件を明らかにすることができた。当初計画した研究目的と研究計画については、大方計画通りに進むことができた。レーザーアブレーションのメカニズムが内殻電子の多光子過程を経ることなど重要な結果を得た。本研究の成果は、論文にまとめて公表する他、米国、及び、日本の物理学会、応用物理学会で発表した。特に、1995年度は、国内だけでなく、米国の物理学会に行き共同研究の成果を発表した。レーザーアブレーション法は、誘電体、超伝導体など様々な種類の無機積層機能薄膜が形成でき、有力な機能性無機材料作成法として注目されている。レーザーアブレーション法をさらに発展させ、原子分子層制御無機機能性人工格子などの設計、合成に応用していくには、アブレーションのメカニズムを明らかにすることと同時に、レーザーアブレーション特有の特徴を薄膜形成に生かして新しい人工物質を実際に創成していくことが重要である。この様な目的のために、本年度は、主に金属酸化物、特に最近その重要性が認識されている強誘電体(PbTiO_3,BaTiO_3,SrTiO_3)と超伝導体(Bi_2Sr_2CaCu_2O_8系)を中心にしてレーザーアブレーションのメカニズムと薄膜形成の決定要因の解明について調査研究を行った。既存のエキシマレーザーを用いて、上記物質群のアブレーションメカニズムを調べた。時間分解質量分析器を用い放出粒子の光強度依存性、及び、アブレートされた部分の微視的モルフォロジーなどを調べた結果アブレーションが、主に多光子光化学的プロセスをトリガーとして起こっていることが明かになってきた。さらに、アブレーションの中の発光スペクトルの動的分析により、上記過程の原子論的プロセスを議論し、後続するレーザー光の吸収によりエネルギーが分配されボルツマン分布を引き起こしていることを明確にした。人工物質の創成としては、BaTiO_3/SrTiO_3の超格子構造をレーザーアブレーションにより数分子層から数十分子層の周期で創り、その成長過程をAFM(原子間力顕微鏡)で観察することにより原子層単位で制御できることを明らかにした。
J-PARCにおける(K^-,K^+)反応分光実験のための常伝導スペクトロメータの開

本研究では、J-PARCの高運動量K中間子ビームラインにおける、(K^-,K^+)反応分光実験に用いるための大立体角かつ高分解能な常伝導スペクトロメータを開発することを目的としていた。具体的には、特別推進研究「電磁プローブによるΛハイパー核の研究」(平成12-15年、代表者橋本治教授)において作成した常伝導スペクトロメータHKS(立体角30msr,分解能2x10^<-4>)の設計を基に、立体角50msr,分解能1x10^<-3>を得るための設計を行うとともに、ターゲット直後の、高レートに耐える検出器のプロトタイプの設計製作を行った。前者では、申請当初にあった既存の二重極磁石の流用の可能性が無くなったため全てを新しく製作することとし、系の構成はHKSと同様に四重極-四重極-二重極(QQD)磁石とすることに決定した。この際、山形大学の加藤清吾教授の協力を得て、立体角を決める上で最も重要な役割を果たす、ターゲット直後の四重極磁石を、通常の形ではなく、入り口側で口径が小さく、出口側では大きくなっている、という特殊な形をとることにより、超伝導磁石を用いたスペクトロメータで得られている100msrに近い立体角を得ることのできるスペクトロメータ系を開発することができた。一方後者の、高レートに耐える検出器のプロトタイプについては、当初目的としていた分解能などを得ることは出来ないものではあるが、予想される高レート(数十MHz)に耐えうるものとして、シンチレーションファイバーとマルチアノード型の光電子増倍管を組み合わせることで、分解能1.4mmで、20mmの有効幅を持った位置検出器を作成し、KEKのT1ビームラインにて動作確認を行った。高いレートでの動作を試すことはできなかったが、π^+, K^+, pの各粒子に対するデータをとり、設計通りの動作をしていることを確認した。本年度は、(K^-,K^+)スペクトロメータの概念設計を行うとともに、ドリフトチェンバーのプロトタイプ設計および製作を行った。(K^-,K^+)スペクトロメータは、研究計画策定時において候補としていた既存磁石(現在アメリカジェファーソン研究所において利用中)の流用は、そのスペクトロメータが、当初予定よりも長期に現地で用いられることが確定したため候補から外し、全ての磁石を新設するという方針に確定した。スペクトロメータ系は、四重極-四重極-二重極(QQD)の3磁石から構成することとした。これは、四重極を二台使うことで、縦方向と横方向独立に収束条件を変えることができるという自由度が得られるという利点による。また、最初の四重極磁石を、通常の形状ではなく、下流に行くにしたがってボア半径を大きくしていくという形状を持たせることにより、目標性能50msrに対して、100msrという、超伝導磁石でしか得られることのできないと思われていた立体角が得られる可能性があることを示すことができた。一方、運動量分解能に関しては、100msrという大立体角に対しても、当初目的の分解能を達成することが確認できた。一方、ビームラインドリフトチェンバーに関しては、小型のプロトタイプを作り、プリアンプ、読み出し系を含めた総合的なテストを行い、動作確認を行った。確認に際しては2種類の異なる積分時定数を持つプリアンプを用いて、両者の性能比較を行った。時定数が短いほうが高計数率に強いシステムとなるが、一方で得られる電荷量は減り、分解能の劣化を招くので、どちらが有利かを比較検討する必要があり、現在その比較が進行中である。