著者

福嶋 健二

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.70, no.5, pp.338-339, 2015-05-05 (Released:2019-08-21)

著者

林 青司

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.78, no.7, pp.419-421, 2023-07-05 (Released:2023-07-05)

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PTEPの最近の注目論文から

著者

藤澤 高志 大西 直毅

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.72, no.5, pp.345-353, 2017-05-05 (Released:2018-05-05)

参考文献数

21

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量子力学の黎明期1922年になされたStern-Gerlach実験は,多くの量子力学の教科書に取り上げられている.右図のように,不均一な磁場に銀の分子線(原子線)を通すと,磁気能率が磁場の強さの勾配に比例する力を受け軌道が曲げられ,ビームが2本に分かれる.このことは,磁気能率がとびとびの値になることを示しており,古典論と量子論の成否に決着をつけるものであった.また,同時に,二価の内部自由度をもつ電子スピンの明確な実験的証拠でもあった.この実験のように不均一磁場で原子・分子線の軌道を制御する手法は,その後シュテルンらの手により発展し多方面で使われている.その成果のひとつは,シュテルンとラビによって進められた陽子,重陽子および種々の原子核の磁気能率の測定である.陽子の磁気能率は核磁子の予想値より大きく,陽子が複合粒子であることが明らかになった.本稿の前半ではStern-Gerlach実験の経緯も含め当時の様子を紹介する.Stern-Gerlach実験当初アインシュタインはその結果を見て,原子が磁場に入る前に磁場に平行か反平行かに偏極していると考えてボルンにその困難について手紙をしたためている.結局,それは数年後に成立した量子力学の助けを借りてはじめて理解できることであり,確率解釈など量子力学に潜む不思議に光を当てたボルンによる断熱理論の援用が必要となる.この断熱理論・断熱変化が本稿後半のテーマである.読者諸氏のなかには,量子力学の教科書で,Stern-Gerlach実験の磁石を2つ組み合わせた重ね合わせの原理に関する思考実験について学んだ方がいるだろう.z軸に沿って飛ぶスピン1/ 2の粒子線を第1の磁石でx方向に分離すると,半々に分かれ,さらに第2の磁石でy方向に分離するとそれぞれが半々に分かれる,というものである.ところが,断熱変化の観点からこの思考実験を再検討すると,必ずしも教科書の説明通りにはならない.実際には,両磁石から漏れる磁場の重なりで磁場の方向がなめらかに回転するのにあわせてスピンも断熱的に回転するからである.この現象を応用した実験技術の代表的なものに原子線型陽子偏極イオン源装置がある.まず6極磁石で水素原子の電子スピンが磁場方向に揃った状態を選択し,これを2極磁石の磁場中に導いて,高周波で核スピンを反転させ,陽子偏極を作り出す.ここでは両磁石の漏れ磁場の重なりが引き起こす断熱回転が電子偏極の保持に決定的な役割を果たしている.著者(藤澤)が理化学研究所で陽子偏極イオン源を製作し旧東大原子核研究所のAVFサイクロトロンに設置したとき,SGEの原理を肌身で実感した.藤澤はこの技法をさらに発展させ,新しい分子線制御法を考案した.多くの2極磁石の磁極を交替に反転させてビーム方向に配置し,多極収束磁石により,酸素分子線を薄いシート状のビームに収束することに成功した.この多極磁石で生成したシートビームは放医研の医療用重イオンシンクロトロン(HIMAC)の非破壊型ビームプロファイルモニターのターゲットに活用された.

著者

木村 剛

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.71, no.3, pp.144-145, 2016-03-05 (Released:2018-07-20)

被引用文献数

2

著者

長谷川 修司

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.75, no.9, pp.576-579, 2020-09-05 (Released:2020-11-18)

参考文献数

2

被引用文献数

2

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物理教育は今国際物理オリンピック過去問シリーズ考える実験試験――国際物理オリンピック2006の実験問題

著者

石川 哲也

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.71, no.9, pp.596-597, 2016-09-05 (Released:2017-01-09)

参考文献数

5

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現代物理のキーワードより速く,より明るく

著者

山崎 美和恵

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.64, no.12, pp.920-923, 2009-12-05 (Released:2020-01-18)

参考文献数

30

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湯浅年子(1909-1980)は,日本初の女性原子核物理学者である.第2次世界大戦中と戦後,フランスの研究所にめって,主に核の放射性崩壊と核反応を研究,多くの成果を挙げた.様々な文化活動を通して日仏の文化交流に大きく貢献し,また日本の若い女性科学者の援助育成にも力を注いでいた.湯浅の著作物,『パリ随想』等々の内容は,科学と人生への考察に溢れている.

著者

永崎 洋

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.75, no.8, pp.520, 2020-08-05 (Released:2020-11-14)

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新著紹介高温超伝導の若きサムライたち;日本人研究者の挑戦と奮闘の記録

著者

中村 輝石 身内 賢太朗

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.71, no.7, pp.469-473, 2016-07-05 (Released:2016-10-04)

参考文献数

9

被引用文献数

1

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宇宙の構成要素のうちで通常の物質は5%でしかない.―宇宙マイクロ波背景輻射の観測などの結果から導かれた,最新の宇宙像である.残りの1/4は銀河や銀河団を重力的に結び付けている「暗黒物質」と呼ばれる未知の物質,3/4は宇宙の加速膨張の源として働く「暗黒エネルギー」と呼ばれる未知のエネルギーである.暗黒物質の存在は,1930年代に銀河団中での銀河の運動を説明するために,ツビッキーによって提唱された.その後1970年代になると銀河の回転曲線を説明するために,銀河を「ハロー」のように取り囲む暗黒物質の存在が示唆された.2000年代には,宇宙マイクロ波背景輻射の観測等によって,宇宙全体での暗黒物質の量が議論されるようになってきた.このように銀河,銀河団,宇宙全体という異なった階層での存在が確認されている暗黒物質であるが,その正体は全く不明である.暗黒物質の性質を解明すべく世界中で様々な実験的研究が行われている.それらは大別して 1)加速器で暗黒物質を生成し信号を検出する(加速器実験) 2)銀河中心などにとらえられた暗黒物質同士の対消滅からの信号を検出する(間接探索) 3)暗黒物質と通常の物質との反応を検出する(直接探索)の3つに分類することができる.本稿で取り扱うNEWAGE(NEw generation WIMP search with an Advanced Gaseous tracking device Experiment)実験は直接探索実験のひとつである.暗黒物質直接探索実験では,我々の住む天の川銀河にとらえられている暗黒物質と,検出器を構成する通常の物質との反応で検出器が得るエネルギーを検出する.ただし,こうした「検出器」は我々の身の回りに多く存在するガンマ線や中性子などの通常の物質に対しても反応し,バックグラウンドとなる(通常の粒子線検出器を,暗黒物質直接探索のための検出器に「借用」しているといった表現の方が近い).バックグラウンドの多くは宇宙から飛来する「宇宙線」と呼ばれる粒子線に由来するため,宇宙線を避けるために直接探索実験は地下深い実験室で行うことが一般的である.NEWAGEは,東京大学宇宙線研究所神岡宇宙素粒子研究施設の地下実験環境を,共同利用により使用させて頂いている.右下の図に暗黒物質と太陽系の銀河内での運動を模式的に示す.暗黒物質は銀河内でランダムな方向に運動していると考えられており,太陽系の速度で一定の方向に運動する我々には「暗黒物質の風」が吹き付けているように感じられる.NEWAGEではこれまでの直接探索実験で得られるエネルギー情報に加えて,反跳された粒子の飛跡という情報を加えることで暗黒物質の到来方向の検出を可能とし,暗黒物質直接検出の強い証拠を得ることを目指す.NEWAGEは,国内で開発された三次元飛跡検出器を用いた実験で,方向に感度をもつ暗黒物質探索分野で世界をリードしている.今回新たに製作した検出器「NEWAGE-0.3b′」を用いて神岡地下実験室で観測を行い,これまでに得られていた制限を約一桁更新した.現在は,感度を向上して暗黒物質の検出を目指すために,検出器起源のバックグラウンド低減を進めている.

著者

大橋 洋士

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.71, no.7, pp.450-451, 2016-07-05 (Released:2016-10-04)

参考文献数

5

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現代物理のキーワードフェルミ超流動とボース・アインシュタイン凝縮の統一描像

著者

古家 真之介

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.76, no.12, pp.766-772, 2021-12-05 (Released:2021-12-05)

参考文献数

21

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自然科学の分野の一つである計算科学は,科学技術計算により支配方程式の解を求めて現象を理解していく.この科学技術計算は非常に時間がかかる計算を実行することが多く,ハイパフォーマンスコンピューティング(High Performance Computing,HPC)の技術が不可欠となっている.例えば計算を高速化するためにアクセラレーターを利用する方法があり,その一つがGPU(Graphics Processing Unit)である.初期のGPUは3Dレンダリングのように決まった処理を実行するのみであったが,プログラマブルシェーダーの登場により処理内容を動的に変更できるようになった.さらにCUDAの開発により,グラフィックス以外のアプリケーションでも比較的容易にGPUを利用できるようになった.アプリケーションをGPUで高速化するには,大きく分けて3つの方法がある.GPUで高速化されたライブラリを用いる方法,既存のC/C++やFortranのプロブラムでOpenACCを利用する方法,そして専用の言語であるCUDAを用いたプログラムを書く方法である.GPUコンピューティングの黎明期は選択肢が少なくCUDAを用いることが多かったが,最近ではコンパイラが成熟してきたこともありOpenACCの利用が増えている.科学技術計算では,対象となる数値計算の規模が大きくなると,スーパーコンピューターを用いるのが一般的である.そのランキングTOP 500では2010年代に入るとアクセラレーターを搭載したものが増えており,GPUが多数を占める.初期のGPU搭載機として有名なのは,長崎大学のDEGIMAと東京工業大学のTSUBAMEである.つまり,最近のスーパーコンピューターのトレンドであるGPUの搭載は,日本から始まったのである.実際のアプリケーションでは,メモリアクセスが速いことを活かして流体解析に用いられることが多かった.分子動力学のシミュレーションもGPU黎明期からその利用に積極的で,第一原理計算など様々な分野でも使われるようになってきた.最近では機械学習を利用するものもある.第一原理計算の精度で分子動力学のシミュレーションを実行するには,現在では多くても数千原子程度の規模である.しかし機械学習ポテンシャルを用いることにより,第一原理の精度を保ったまま1億原子のシミュレーションを実施した例が出てきた.また機械学習だけで物理量を得る方法も開発が進んでおり,例えばPhysics-Informed Neural Network(PINN)は,非線形微分方程式で記述される物理法則に従うモデルを構築することができ,流体解析において流速と圧力が通常の流体解析と定性的によく一致するなどの結果を得ている.これらとは全く異なる新しい流れとして,量子コンピューターも最近話題となっている.そのシミュレーターでは,GPUを用いることにより量子回路シミュレーションに必要な状態ベクトルの演算やテンソルネットワークのシミュレーション速度が飛躍的に向上するのである.機械学習がGPUで高速化されたことにより,科学技術計算でも機械学習を利用する例が増えている.このようにGPUコンピューティングはこれからも新しい世界を切り拓き,様々な分野への適用が広がっていくであろう.

著者

森山 茂栄 関谷 洋之

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.74, no.3, pp.152-155, 2019-03-05 (Released:2019-08-16)

参考文献数

8

被引用文献数

1

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話題スーパーカミオカンデ怒濤の改修工事記――12年ぶりのタンクオープン

著者

小玉 英雄 吉野 裕高

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.73, no.11, pp.752-761, 2018-11-05 (Released:2019-05-24)

参考文献数

19

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すべての自然現象を統一的に記述する究極理論の構築は,理論物理学者の夢である.その実現における最大の難関は,重力理論と量子論を整合的に融合した量子重力理論をつくることである.この難関を摂動論レベルで克服したのが,超弦理論である.超弦理論は,また,他の量子重力理論候補と異なり,重力を含むすべての相互作用と物質が有機的に結合して理論の整合性を生み出していて,真の統一理論といえる.しかし,超弦理論が究極理論の候補となるには,まず,なんと言っても,低エネルギーでの有効理論として我々の知る自然の基本法則を再現することが必要である.Minkowski時空を真空解としてもつことと量子論の無矛盾性を要請すると,超弦理論は10次元時空の理論となる.我々の住む宇宙は4次元に見えるので,まず,4次元と10次元の関係を説明しないといけない.その方法として最もポピュラーなものは,余分な次元が小さく縮んでしまい,低エネルギーの状態では見えなくなるとするコンパクト化という方法である.整合的な10次元超弦理論として,これまでにヘテロ型,IIA型,IIB型など複数の理論が作られており,コンパクト化の詳細は理論ごとに異なるが,一般的には,余剰次元を担う多様体の構造,背景場の配位,ひもの高次元的な拡張であるブレーンの数や配置により指定される.これまでに数億のコンパクト化が計算機の力を借りてチェックされ,ゲージ群やフェルミ粒子の種類・世代数が標準模型と一致するものが発見されているが,未だ,ゲージ結合係数の値,湯川結合の構造と値などすべての点で標準模型を再現するものは見つかっていない.可能なモデルは,例えばIIA型理論だけでも1015個も存在し,そのすべてを計算機で調べ尽くすのは現状では不可能である.また,加速器実験などの地上実験により新たな情報を得る可能性も現状では難しい.このような状況で,コンパクト化の構造を探る新たなアプローチとして注目されているのが,隠れたセクターが引き起こす宇宙現象を用いる方法である.超弦理論に共通に含まれるフォーム場と呼ばれる一般化された10次元ゲージ場は,コンパクト化により,アクシオンと呼ばれる4次元擬スカラー場を生み出す.その種類は余剰次元の位相構造が複雑になるほど多くなる.また,その相互作用強度や質量は,余剰次元サイズやブレーン配位についての情報を担っている.アクシオンの質量maは,10-10 eV以下の範囲でlog maでみて広く分布していることが期待されるが,これらの微小質量アクシオンは,コンプトン波長が宇宙スケールとなるため,様々な宇宙現象を引き起こす.とくに,ma=10-10~10-20 eVの範囲にあるアクシオン場は,太陽の1~1010倍の質量をもつ回転ブラックホールの近傍で不安定となり,ゼロ点振動を種として,ブラックホールの周りにアクシオンの雲を形成する.これらの雲は,回転により定常的に重力波を放出すると共に,非線形相互作用によりしばしばバースト的重力波を放出する.我々の銀河内ないし近傍の銀河でこの現象が起きれば,現在稼働中の重力波干渉計や将来の衛星を用いた重力波干渉計で検出可能であり,重力波観測により超弦理論コンパクト化を探る道が開かれる.

著者

永長 直人 十倉 好紀

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.64, no.6, pp.413-421, 2009-06-05 (Released:2020-10-30)

参考文献数

65

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磁性と誘電性は物性物理学の中でも最も基本的な性質であるが,意外にもその関連についてはほとんど研究が行われてこなかった.近年,磁性秩序と強誘電性が共存する物質-マルチフェロイックス物質-が相次いで発見され,両者の強い結合が研究されている.特にらせん磁性が強誘電性を引き起こすという新しい機構が実験・理論ともに確立してきた.「固体における相対論的効果」とも呼ぶべきこの現象に関して最新の研究成果を報告する.

著者

河辺 隆也

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.36, no.3, pp.206-214, 1981-03-05 (Released:2008-04-14)

参考文献数

41

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トカマクに代る核融合へのアプローチの内開放系磁場閉じ込めの解説を行う. この系では磁力線が閉じていないために核融合炉としては多くの利点を持っているが, 核融合を起すに至るまで高温高密度のプラズマを閉じ込めるのがトカマクに比べて難しい. しかし多くの新しいアイデアを出しタンデムミラー等磁場の他に静電場も用いたり, 高周波プラグなど高周波を用いたりして, 閉じ込めの改良がはかられ, トカマクにあと一歩というところまで近づきつつある. しかもまだまだアイデアを出す余地があるので, ここに開放系磁場閉じ込め核融合の現状と問題点, 将来への展望を述べたい.

著者

北野 正雄

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.68, no.4, pp.239-241, 2013-04-05 (Released:2018-08-08)

参考文献数

8

著者

霜田 光一

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.51, no.3, pp.179-184, 1996-03-05 (Released:2008-04-14)

参考文献数

34

被引用文献数

1

著者

伊藤 大介

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.51, no.8, pp.566-571, 1996-08-05 (Released:2019-09-22)

著者

広瀬 立成

出版者

一般社団法人日本物理学会

雑誌

日本物理學會誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.32, no.1, pp.25-33, 1977-01-05

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反粒子第1号の発見はDiracにより予言された陽電子である. 今からおよそ45年前のことであった. それ以後, 陽子を始め共鳴状態も含めた総ての素粒子に対して, 必ず反粒子状態が存在することが確認されてきた. 反粒子は素粒子界に於ける影武者である. 常に粒子と対になって発生し, 粒子と結合して消滅する. この反粒子の出没自在の特異な性質は, 量子数保存という量子力学の最も基本的な法則から理解できる. 近年消滅反応は電磁相互作用や強い相互作用の研究に大変有効であることが認識されてきた. 素粒子の世界が粒子と反粒子に対して全く対称に創造されている以上, 両者を対等に理解して始めて素粒子全体の描像が解明されるのである. 反粒子が反粒子原子を形成してから消滅に至るまでの道筋を追いながら, 強い相互作用の中で反粒子消滅の果す役割を概観しよう.

著者

西野 友年 白井 伸宙

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.65, no.9, pp.733, 2010-09-05 (Released:2020-01-18)