大久保茂男
研究

京都大学在学中に湯川秀樹の講義をうけ，また1967年訪日したハイゼンベルグ (W. Heisenberg) の講義を聞く．物理学研究において根底思想としての哲学思想があることを知り影響を受ける．京都大学で研究中に日本で初めて開かれた１９７５年の原子核の国際会議で来日した英国のブリンク（David Brink），ベルギーのライデマイスター (G. Reidemeister)，ドイツのフォン　エーレツエン(W. Von Oertzen)と会い，後に共同研究することになる．
1969年ドイツ・ハイデルブルグにあるマックス・プランク・原子核物理学研究所のガウル(G. Gaul)らはα粒子を40Ca原子核に入射散乱させると１８０度近くの後方角度に異常に大きく散乱されることを発見した．それまで用いられ有効と考えられてきた標準的な光学ポテンシャル模型では全く理解できない現象であり，ラザフォード (E. Rutherford)がα粒子を金に散乱させて後方角に異常に多くα粒子が散乱されることから，原子の中心に固い芯があると考え，原子核の発見にいたったのと似たα粒子散乱の後方角異常散乱を彷彿させるこの未知の現象の背後に未知の原子核の秘密・謎があるのではないかと興味を持つ．当時日本を中心に勃興しつつあったアルファ・クラスター模型の視点から関心を寄せ研究に取り組む．アルファ・クラスター模型は歴史的には古く１９３７年に提唱された核模型であるが，殻模型，集団運動模型の登場により１９５０年代にいったんは否定された原子核模型である．1975年には日本で初めて東京大学原子核研究所と理化学研究所によって原子核のクラスター構造と反応に関する国際会議が開かれた．その国際会議ではのちに博士論文となるα粒子散乱の後方角異常とクラスター構造について講演発表した．この国際会議に出席したα粒子の後方散乱異常について研究していたオックスフォード大学のブリンクが会議後京都を訪問し，京都大学の原子核理論研究室でα粒子散乱の後方角異常現象について討論する．１９８５年にはブリンクのいるオックスフォード大学・理論物理学研究所に滞在し軽い重イオン核融合反応断面積の励起関数にあらわれる未知の振動模様の発現機構について共同研究する．振動模様が内部波と外部波の干渉で生じることを発見する．１９８５年秋，α粒子の後方角異常現象に興味を持って研究していたベルギー・モンス大学のミシェル(F. Michel)を訪問し，ブリュッセル大学のライデマイスター（G. Reidemeister）も加わりα粒子と40Caの核融合反応機構について共同研究を始める．α＋40Ca 核融合反応断面積の励起関数に見られる振動模様が複合系44Ti核のアルファ・クラスター構造によって引き起こされることを発見する．１９８０年代前半までに日本を中心に進展した原子核のクラスター構造の理論的研究で，軽い原子核ではクラスター模型が殻模型や集団模型では説明できない現象をも含めて核構造を包括的に説明でき非常に有効な模型であることが確立しつつあった．しかし，質量数４０以上の重い原子核領域では殻模型構造の根拠となっているスピン・軌道力が非常に重要になるが，その力は他方でα粒子を壊す働きをするので，44Tiのような重い原子核ではアルファ・クラスター構造模型は成立せず殻模型構造的になると考えられていた．α粒子散乱後方角異常と核構造の統一的理解の視点から，α＋40Ca系の核融合反応研究を発展させ，典型核である44Ti原子核においてアルファ・クラスター構造が存在しその証拠となる負パリティ回転アルファ・クラスターバンドの存在することを１９８６年に理論的に予言．その回転アルファ・クラスターバンドの状態は１９９０年大阪大学核物理研究センターのAVF加速器と精密測定器「雷電」を用いて東北大学の山屋 堯らの実験チームによる探索実験で理論の予言通り発見される．理論家として最初から山屋らの実験チームによる実験に加わり実験中に助言を行う．１９９３年にはベルリンのハーン・マイトナー研究所（現在のヘルムホルツ研究所）のサイクロトロンを用いた実験でグアゾ－ニ（P.Guazzoni）のチームによっても予言された44Tiのアルファ・クラスター回転バンドの状態が確認された．１９８８年に『Progress Theoretical Physics』誌にて４０Ca原子核にもアルファ・クラスター構造をもつ負パリティ回転バンドの存在を予言．予言されたアルファ・クラスター状態は１９９３年阪大学核物理研究センターのAVF加速器と精密測定器「雷電」を用いて東北大学の山屋らの実験チームにより発見された．質量数４０以上のfp殻領域の原子核においてアルファ・クラスター構造が存在しアルファ・クラスター模型が成立することが理論的・実験的に確立され，重い原子核の領域へアルファ・クラスター研究が大きく切り開かれることとなった．アルファ・クラスターが質量数４０付近の他の核でも存在することやアルファ・クラスターの負パリティ回転バンド状態がいくつかに分岐することも微視的理論研究で明らかになった．α粒子散乱の後方角異常とアルファ・クラスター構造の存在が同じ相互作用ポテンシャルでもって統一的に理解できること示された．ブリンクらは後方角異常現象が標的原子核の内部領域まで侵入した波である内部波によると半古典的手法で証明したが，その内部波が44Tiにおけるアルファ・クラスター構造の存在と関係していることが明らかになった．１９９５年には質量数９０付近の94Moと212Poの原子核においてもアルファ・クラスター構造が存在するとの論文を発表．さらに重い核の領域でのアルファ・クラスター構造研究のさきがけとなった．
２０００年頃からは原子核虹の本格的研究に着手する．原子核のクラスター構造の発現と原子核虹の発現が基本的に密接に関係していることがα粒子以外のクラスター構造についてさらに明らかにされる．原子核のクラスター構造も原子核虹も同じ原子核間相互作用から発現する現象であり，前者は同一相互作用による低いエネルギー（負エネルギー）での量子的構造現象とみなされ，他方，後者の原子核虹は同一相互作用による波長が短く古典的描像がよい高いエネルギーでの散乱現象とみることができる．基底状態あるいは低い励起エネルギーに存在するアルファ・クラスター状態は「凍結した原子核虹」と理解することもできる．α粒子以外の系において16Ｏ＋16Ｏの散乱とクラスター構造の統一的記述する視点からの研究で，32S 原子核の低い励起状態からはじまる16Ｏ＋16Ｏクラスターバンド構造が存在することを示した．16Ｏ＋16Ｏにきれいに見られる原子核虹の明暗縞模様の生成機構について研究し，明るい部分に生じるエアリー縞模様が遠側波である屈折波の内部波と障壁波のふたつの波の干渉で生じていることを『フィジカル・レビュー・レター』誌で明らかにした．原子核は中心部から表面まで物質密度，すなわち屈折率が放物レンズのように滑らかに変化するルネブルグ・レンズの性質を有することを示した．屈折率が原子核内で滑らかに変化するため，核内での反射が起こらないので，原子核虹には雨滴による地上の虹（ニュートン虹）と違って，副虹が生じるとは考えられていなかったが，２０１４年の論文で16Ｏ+12C の原子核虹において副虹が存在することを示した．長い間16Ｏ+12C　虹散乱においてよく用いられる原子核間ポテンシャルで理解できなかった難問が副虹の存在として解決された．原子核内では核力の強い引力による屈折のみで，反射が起こらないのになぜ副虹が生じるかについて，原子核が内部構造をもつことにより入射した波が他の励起状態を経由すること，つまり異なる別のチャンネルのポテンシャルを感受することがあたかも反射を受けると同じ役割をはたし，原子核虹の副虹が発現することが明らかにされた．２０１５年には１２C+13C　の原子核虹にも副虹が存在するが明らかにされた．現在まで原子核副虹が知られているのはこの２例である．原子核虹と光による地上虹との類似性と異質性についても研究し，２０１４年には地上虹で見られる虹の「さざなみ状の縞模様」(ripple)が原子核虹にも存在することを発見した．雨滴による地上虹では，反射回数０の屈折光には偏向関数に極値が現れないので，虹（ニュートンのゼロ次の虹）は出現しない．ニュートン（I. Newton）自身ははなぜ屈折のみによる虹が存在しないか不思議に思い探しつづけ，著書『光学』で水滴ではなく氷粒であれば起こりうると考えた．ニュートンが探し求めた雨滴によるゼロ次の虹はマクロな古典力学的な光の虹には存在しないが，ミクロの世界で量子力学の虹として原子核虹に発現し，自然における虹はなにひとつ欠けることなくマクロ・ミクロあわせて美しく論理的に完結していることが判明する．地上の虹がニュートン虹と呼ばれるのにたいし，湯川核力により引き起こされる原子核虹を湯川虹と呼ぶことを提唱している．
２０００年代にはアルファ・クラスター構造がきわめて発達してα粒子が気体状にあると考えられているα粒子のボーズ・アインシュタイン凝縮の研究を行う．２００４年にはアルファ・クラスターが気体のボーズ・アインシュタイン凝縮に近いかたちで存在していると考えられる１２C原子核のホイル状態からの原子核虹を研究し，明暗縞模様のエアリー構造が通常の原子核虹と大きく変わることを『フィジカル・レビュー』誌に発表した．原子核のボーズ・アインシュタイン凝縮と虹の見え方の変化の視点から論したのはこの論文が初めてである．２０１０年には『フィジックス・レターズ　B』誌で酸素１６Ｏ核の高い励起状態において４α粒子個が団子状にならんだアルファ・クラスター構造（リニアチェイン）と考えられてきた状態が，４個のα粒子が気体状のボーズ・アインシュタイン凝縮状態にあると考えられることをα粒子の散乱現象の分析から明らかにした．α粒子凝縮は２０００年初頭から流行り始めたが，α粒子数が決まっていて保存量となっている原子核のクラスター模型では凝縮現象を特徴づける秩序変数がなく，厳格な意味で系がボーズ・アインシュタイン凝縮状態になっているかを判断することができない難点があった．２０１６年にはゴールドストーンモードを厳密に扱った秩序変数をもつ場の理論的アプローチである超流動アルファ・クラスター模型を提唱し，秩序変数にもとづいてホイル状態のα粒子がボーズ・アインシュタイン凝縮状態にあるとして理解できることを初めて示した．深い引力に起因する虹散乱の研究をもとに２０１６年には核力に関する論文を書き，核力の短距離領域では通常強い斥力があると考えられているが，核子がクオーク複合粒子の内部構造をもつによるパウリ原理を考慮すると，短距離領域ではパウリ非許容状態を包含する非常に深い引力芯をもつと考えるべきとの説を『フィジカル・レビュー　C』誌に発表している．似たような考えはソ連のNeudatchinがパウリ原理の考察から出しているが，虹散乱のアプローチからも引力芯が支持されるということである．通常の短距離斥力芯核力と引力芯核力は全く別物のように見えるが，１９８７年のBayeの超対称性理論によると両者は数学的には同等であることが証明される．超対称理論により短距離引力芯核力は引力芯核力ポテンシャルから導出される．短距離引力芯に特有の現象が見つかるかは興味がもたれているが，強い引力による制動放射（Bremsstrahlung）の観測などが有力な候補の一つであるが説得力ある実験はいままでのところ報告されていない．２０２０年には従来のアルファ・クラスター構造の通説を超越したアルファ・クラスター構造超固体説の提唱を提唱している．アルファ・クラスター構造は原子核の内部でα粒子が幾何学的配置をとっているとする考えで，回転バンド構造の出現などでその固体的描像は多くの実験的研究と理論的研究で確立してきた．２０２０年には先の場の理論的アプローチである超流動クラスター模型を炭素原子核１２C　の低い励起状態に適用し，そのエネルギー・スペクトラムがよく説明できることを示した．この研究を発展させ２０２２年には従来アルファ・クラスター構造研究に使わられてきた幾何学的配位のブリンク模型がα凝縮構造を持ち模型と数学的に全く同一であることを示し，アルファ・クラスター構造が幾何学的構造と凝縮構造（超流動）の二重性を持つことを示した．アルファ・クラスター構造ではパウリ排他原理により離れたα粒子は各最低エネルギー０ｓ状態にあり，各α粒子がつくるドブロイ波はコヒーレント波となり，系は位相が固定された凝縮状態となる．アルファ・クラスターが固体構造と超流動性を同時に持つということは超固体性を持つということである．２０２２年には４０Caの原子核においてアルファクラスター構造が超固体性があるとの説を発表した．
最近では重い原子核のニュートリノ無放出２重ベータ崩壊において従来全く無視されているアルファ・クラスター構造が重要であることを指摘している．２０２１年には４８Caの４８Tiへのニュートリノ無放出２重ベータ崩壊において，４８Tiにおいてアルファ・クラスター構造が存在することを示し，また２０２３年には９６Zrの９６Moへのニュートリノ無放出２重ベータ崩壊において９6Moにおいてアルファ・クラスター構造が存在することを示し，ニュートリノ無放出２重ベータ崩壊の崩壊寿命計算において平均場近似ではとらえられないアルファ・クラスター構造が重い原子核でも重要であるとしている．
教えをうけまじかにみた湯川秀樹の研究者として成長・行動にも関心があり，湯川秀樹が学外で一般むけに講演したのが１９３８年１１月の徳島中学講演でありことを発掘した．湯川秀樹にあこがれ京都大学の物理に進んだが，高知市出身で湯川秀樹が四国，高知のきたことがあるかへの関心がつよく湯川の著作をしらべ調査していきこの発掘にいたっている．講演を依頼した徳島中学の校長が後日湯川博士に講演記録をおくり，湯川がこれを読んで赤鉛筆で丸印をつけた本が，湯川の所蔵本の中にあることを発見した．講演先の徳島中学（現在の徳島の城南高校）にも同じ本が一部存在し発見された．さらに２０１９年には湯川秀樹が日本ではじめてとなる自身の胸像除幕式に出席するために高知（夜須町の夜須小学校）を初めて１９５４年３月訪問していたことを発掘した．湯川が米国での５年間の研究生活から帰国し，京都大学基礎物理学研究所の所長に着任した翌年のことである．湯川スミ夫人（当時は本名澄子）と一緒に訪問していた．湯川著作集にも記されず，これまで全く知られていなかった高知訪問である．２０２２年にはこの高知訪問が湯川のその後の核廃絶運動に身を捧げる人生の大きな分岐点となっていたことも明らかにされた．湯川夫妻が高知訪問した時，大久保は幼少期をすごした十市小学校（高知県南国市十市）の1年生で，その訪問を知らなかった．小学４年生の秋には高知市に転校（高知市立小高坂小学校）するも，湯川博士銅像が高知にあることも湯川秀樹夫妻が大久保の育った郷里・十市の近くを訪れていたことも全く知らぬまま，大久保は京都大学にすすむ．そして，湯川の教えを受け湯川の切り開いた原子核の研究に進むことになる．原子核虹に２個目の虹である副虹の存在をしめし湯川核力による原子核虹に湯川虹の命名を提唱するなど，不思議な因縁を感じさせる．