物理教室年次研究報告書

2004 年度

大阪市立大学大学院理学研究科理学部

物理学教室宇宙線研究所

目次

序helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 1

2 0 0 4 年度 物理学教室談話会helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2

研究報告

物性物理学講座

　超低温物理学研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3　光物性物理学研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 7　生体構造物性研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 1 2　素励起物理学研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2 1

宇宙高エネルギー物理学講座

　超高エネルギー宇宙線物理学研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2 5　高エネルギー物理学研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2 9　宇宙素粒子実験物理学(重力波分野)研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 6　宇宙素粒子実験物理学分野(宇宙線研究所)helliphelliphelliphellip helliphelliphellip 3 9

基礎物理学講座

　素粒子論研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4 3　数理物理研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4 6　宇宙物理研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 5 1　原子核理論研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 6 0

1

序

わが国の大学は大きな改革期にあり国立大学は大学法人として大きな一歩を踏み出しました公立大学も多くは法人化を目指しており大阪市立大学も平成 18 年 4 月の法人化に向けて着々と準備が進んでいます

大学改革の流れの中社会の中の大学のあり方が今まさに問われています大学の市民社会への貢献知的財産の権利化等わかりやすい形での貢献が望まれています大学は何の「役に立つ」のかそして大学側もそれに答えなければならない風潮が高まっています俗に言う「アカウンタビリティー（説明責任）」が要求されています

しかし我々が希求する科学的知見の価値は「役に立つ」かどうかそれだけで測られるべきでないと強く信じて止みません特に基礎科学である物理学の研究によって得られた知識は長い歴史の中で培われた人類の共通の知的財産ですわれわれ物理学者の最も大切な役割は自然をより深く理解しそこで得られた知見を市民と共有することによって文化をより豊かなものにすることです

このためには地道に弛みなく研究を遂行しその環境の中で学生や院生を育くむその過程で物理の美しさや楽しさを感じることのできる卒業生を育て社会に送り出すこれを繰り返し長い時間をかけて「文化としての基礎科学（サイエンス）」を楽しむことのできるような社会を作るこれが我々のなすべき基本的活動だと考えますそのことと同時に勿論世界をリードする研究成果を大阪市立大学から発信し続けることに余念がなってはなりません

本年度もいろいろな「改革」が進みました物理学科の具体的な将来計画の検討が行われ教員の定員削減の一環としての昇任人事が進みました学生定員増が認められたとともに新たな推薦入試枠が設定されました評価に耐える大学をなすためにはいろいろな行動が必要かもしれませんしかし大学改革の行く末が見えないために疑心暗鬼となり目先の変わった事ばかりを重んじたり自分で自分に枷をはめたりするようなことは避けなければなりませんあたりまえのことを普通通りにするこれこそが最も重要なことだと思います大学を的確に評価できるのはそこで育った卒業生ではないでしょうか

本年度末（平成 17年 3月）に内藤清一助教授三尾野重義助教授中川道夫助教授の３先生が定年退職されました物理学科への長年に渡る貢献に深く感謝しています昨年度末に転出された宇宙高エネルギー物理学講座講師の吉越貴紀氏の後任に10 月より荻尾彰一氏が着任されましたまた平成 17年 4 月より有馬正樹氏矢野英雄氏杉﨑満氏が助教授に昇任されることが決まりました新しい体制で物理学科の教育研究活動が益々活性化して行くことを祈念しています

最後に本年度年次報告作成のお世話をしていただいた中尾憲一氏に感謝いたします

２００５年１２月 ２００４年度 物理学教室主任

橋本 秀樹

２００４年度　物理教室談話会

世話人坪田安井清矢

第１回新入生歓迎談話会

　日時４月１５日（木）

　場所理学部会議室

　講師唐沢　力　氏　（物性物理学講座光物性物理学研究室）

　題目「物理学教室へようこそ－ 私達の行っている研究－ 」

第２回物理教室談話会

　日時７月９日（金）

　場所理学部会議室

　講師川上　三郎　氏　（超高エネルギー宇宙粒子物理学研究室）

　題目「高エネルギー宇宙線の研究」

第３回物理教室談話会

　日時１２月２０日（月）

　場所理学部会議室

　講師櫻木　弘之　氏　（原子核理論研究室）

　題目「原子核構造研究の最近の進展」

第４回物理教室談話会（退職記念講演会）

　日時３月１８日（金）

　場所第２講義室

　１講師内藤　清一　氏　（素粒子論研究室）

　　　題目「超弦　Superstring」　２講師中川　道夫　氏　（宇宙素粒子実験物理学研究室）

　　　題目「気球実験における超長時間観測　－ ＰＰＢ－ 　について」

　３講師三尾野　重義　氏　（宇宙素粒子実験物理学研究室）

　　題目「活躍する小型加速器」

2

超低温物理学研究室

畑　　徹 教授

石川修六 助教授

矢野英雄 講師

小原　顕　 助手

中川久司(D5)半田　梓(M2)青木紀彦(M2)嘉戸隆介(M1)

研究概要1 超流動ヘリウム３中のエアロジェルの不純物効果

　エアロジェルは直径数ｎｍのシリカの紐が平均間隔数ｎｍから１００ｎｍの広い範囲で分布していて体積に占めるシリカの割合は数のものである超低温度ではヘリウム以外

の物質は固化しまた液体状態になるヘリウム４でもヘリウム３とは相分離するためにヘ

リウム３に不純物を入れることができないので超流動ヘリウム３の研究は完璧な純粋物質

としての研究の場であったしかしシリカの紐の平均間隔は超流動ヘリウム3のコヒーレン

ス長と同程度であるために超流動性が完全に壊れることはなく純粋な系に入った僅かな

不純物として振る舞う

1-1 ＮＭＲ法によるエアロジェル中の超流動ヘリウム３の相転移現象の研究（矢野石 　

　　　川畑嘉戸）

　空孔率９７５エアロジェル（不純物２５）を用いて核磁気共鳴法により超流動

相の秩序構造の同定と超流動状態の安定性について調べた３２bar以下の圧力下での超

流動相について調べた結果非一様な散乱モデルが転移温度の圧力変化不純物依存性を

良く説明し不純物効果としてこのモデルが有用であることを示した２４bar以上では

超流動相間の転移を観測した温度の降下上昇に対してこの転移は履歴現象を示しま

た冷却時昇温時ともに相転移に伴う共存現象も明らかになった共存の比率は履歴に

依存するがある温度幅以内では温度変化に対して共存が安定であるだけでなく比率も

変化しないことがわかった相境界が不純物のために自由に移動できないことを示してい

るまたパルスＮＭＲの結果より高温度側の相はバルク液体中のＡ相とは異なる凝縮

相であることが明らかになり理論的に提唱された新しい相の可能性がでてきた

1-2 第４音波法によるエアロジェル中の超流動ヘリウム３の不純物効果（小原石川

青木）

　エアロジェル中の超流動ヘリウム３の音波測定から超流動密度エネルギー損失を明ら

かにするために焼結銀中にエアロジェルを直接成長させたこの様な系にピエゾ素子

を圧力トランスデューサーに用いた第４音波測定法を用い系統的にエアロジェル空孔率

を変えた実験を行ったところ空孔率が小さいもの（不純物が多いもの）ほど超流動転移

温度超流動密度が抑制されることが明らかになったまた音波の損失の大きさは低温

では一定値になることが示されたこれは同時に行われた焼結銀のみのセルに対する結

果とは逆の性質であった損失が低温で一定になるということはヘリウム準粒子の平均

自由行程が低温で一定値になることを示しておりシリカの紐の平均間隔が自由行程の上

限を与えていることを示唆しているＮＭＲの測定で明らかになった超流動相関の転移に

起因する損失の履歴現象を初めて観測した

2 振動流中での超流動ヘリウム４量子渦のダイナミクス（矢野石川畑半田）

　　超流動ヘリウム中の超流動速場は位相の勾配で厳密に与えられ渦は秩序変数０の渦芯

（~１Å）とそのまわりを位相が２π変化する流れで構成され量子化されるこのため量子

渦は渦芯を糸と見なした準安定な構造を持つ渦糸の端は超流動中では存在せず端のな

3

いリング構造か両端が壁に付着した構造をとるリング構造の渦糸は消失するが両端が

壁に付着した渦糸はそのまま残り残留渦と呼ばれている

　　我々は振動子に付着した残留渦に着目している超伝導極微細線（NbTi 25 microm 直径）を用いた振動ワイヤーを開発した振動ワイヤーまわりの流れはワイヤーの速度が上がるに

つれ層流から乱流状態へ遷移しこれらの状態はある臨界速度できれいに分離する乱流状

態では速い流れのために付着渦が拡大しもつれ渦糸間の距離が接近したとき再結合が

起き渦糸リングと付着渦とに分かれると考えられる渦糸の拡大は Graberson Instability

として知られ拡大の始まる速度は渦糸の曲率と関係するすなわち臨界速度から付着渦の

サイズを推測することができるまた同じワイヤーで振動周波数を変えることに成功し

温度変化と併せて測定を行っている

３　回転する超流動ヘリウム３の研究（物性研京大との共同研究）（石川）

　　東京大学物性研究所に相互協力により完成した世界最高速度毎秒１回転で回転するサ

ブmK温度域の超低温度回転クライオスタットを用いて量子流体力学の研究を行っている昨

年度は次のプロジェクトについて研究を行った

　　超流動ヘリウム３中の渦状態は液中の１次元欠陥である回転実験装置を用いることに

より渦の生成消滅をコントロールすることができるバルク液体中では数種類の渦が観測さ

れている通常渦の周りの速度場は秩序波動関数の軌道部分の勾配で与えられ循環の量

子化現象は軌道部分での位相の量子化と関係している狭い隙間をもつ平行平板間の超流動

へリム３－Ａ相では軌道部分の波動関数が境界条件によって決まるため新しい渦構造が

可能となることが予想されているこの渦は波動関数のスピン部分をも含めて位相の量子化

が起こるだけでなく半整数の量子化が起こると考えられている非常に興味深いものである

幅１２micromの隙間を持つ平行平板内でこの半整数渦の観測を目指して実験を行った現時点では実験装置の不備もあり明確な証拠を得ていないしかし装置の回転が平行平板中の

超流動速度場にどのような変化をもたらすかについてＮＭＲの測定より理解が得られた

４ 熱音響冷凍機の開発（畑）

　　ループ型熱音響エンジンは熱エネルギーを音波エネルギーに変換するエンジンで圧

縮機などの機械を必要としないため長寿命という特徴を持っている可動部が全くないた

めメインテナンス不要使用ガスとしては特別なものは不用で空気でも可能であること熱

の再利用に用いると地球温暖化防止にも役立つことなどから環境に優しいエンジンとして

も期待されているものである小型のループ型の熱音響エンジンのデータ解析に基づき大

口径高出力のループ型熱音響エンジンとそれに直結させた冷凍機の建設が完了した最適

化の条件（冷凍機の取り付け位置スタックのサイズ形状加 熱温度等）を見出すため

に各場所での気体の仕事流熱流の解析を行っている

教育研究業績学術論文

1 H Nakagawa K Obara H Yano O Ishikawa and T Hata ldquoNMR Study of Superfluid Phasesof 3He confined in 975 Porous Silica Aerogelrdquo J Low Temp Phys 134 757-762 (2004)

2 K Kawasaki T Yoshida M Tarui H Nakagawa H Yano O Ishikawa and T Hata ldquoPhase-Transition Phenomena of 08 micro m Superfluid 3He Slabrdquo Phys Rev Lett 93 105301-1 ndash105301-4(2004)

3 M Yamashita A Matsubara R Ishiguro - - - O Ishikawa et al ldquoRotating Superfluid 3He in

Aerogelrdquo J Low Temp Phys 134 749-755(2004)4 R Ishiguro O Ishikawa M Yamashita et al ldquoVortex Formation and Annihilation in Three

Textures of Rotating Superfluid 3He ndashArdquo PhysRevLett 93 125301-1 ndash125301-4 (2004)

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国際会議講演

1 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoImpurity Scattering Effects on Superfluid Phases in 3Hein 975 Porous Silica Aerogelrdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluids andSolids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

2 H Yano A Handa H Nakagawa et alldquoObservation of Laminar and Turbulent Flow inSuperfluid 4He using a Vibrating Wirerdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluidsand Solids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

3 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoPulsed NMR Study on A like phase of Superfluid 3He inlow porosity aerogelrdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluids and SolidsQFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

4 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoPressure dependence of the surface magnetization of3He on silica strands in aerogel immersed in liquid 3Herdquo(poster) The International Symposium onQuantum Fluids and Solids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

5 H Yano ldquoStudy of the turbulent flow in superfluid 4He using a vibrating wirerdquo (talk) TheSymposium on Superfluid Under Roration-2004 9-10 July 2004 the University of Trento Italy

6 O IshikawaldquoIntrinsic angular momentum in superfluid 3He -A in narrow cylindersrdquo (talk) TheSymposium on Superfluid Under Roration-2004 9-10 July 2004 the University of Trento Italy

7 H Yano ldquoStudy of the turbulent flow in Superfluid 4He using a vibrating wirerdquo (talk) Vortex andTurbulence in Classical and Quantum Fluids October 24-25 2004 the University of KyotoJapan

8 H Nakagawa R Kado K Obara H Yano O Ishikawa and T HataldquoNMR Studies on Liquid3He in aerogelrdquo(poster) Todai International Symposium 2004 and The ninth ISSP InternationalSymposium (ISSP-9) on Quantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid StatePhysics Japan

9 H YanoldquoObservation of Turbulent Flow in Superfluid 4He using a Vibrating Wirerdquo(talk) TodaiInternational Symposium 2004 and The ninth ISSP International Symposium (ISSP-9) onQuantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid State Physics Japan

10 M Yamashita K Izumina - - - O Ishikawa et al ldquoRotating Superfluid 3He-A in ParallelPlaterdquo(poster) Todai International Symposium 2004 and The ninth ISSP International Symposium(ISSP-9) on Quantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid State PhysicsJapan

11 O IshikawaldquoSpin Dynamics of Superfluid 3He in Aerogelrdquo(talk) ESF COSLAB NetworkConference 17-22 December 2004 Chamrousse Grenoble France

学会研究会講演

1 半田　梓「Vibrating Wire による4He超流動乱流の生成機構」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

2 中川久司「エアロジェル中超流動3Heにおける不純物散乱効果」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

3 石川修六「パルスＮＭＲによるエアロジェル中超流動3Heの研究」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

4 山下　穣「平行平板中の回転超流動ヘリウム３」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

5 矢野英雄「振動ワイヤーを用いた超流動ヘリウム中乱流の研究」　　非平衡系の統計物理シンポジウム　２００５年１月１９日~２１日　筑波大学

6 畑　徹「エアロジェル中の超流動ヘリウム３のA－B共存状態」　　日本物理学会　第６０回年次大会　東京理科大学

7 矢野英雄「Vibrating Wireによる4He超流動乱流の生成機構２」

　　日本物理学会　第６０回年次大会　東京理科大学

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学位論文修士論文

1 半田　梓「Vibrating Wire法による 4He超流動乱流の生成機構」

博士論文

1 中川久司「エアロジェル中ｐ波超流動ヘリウム３」

研究助成金取得状況1 畑 徹受託研究岩谷瓦斯株式会社「熱音響発振器を使った冷凍機の開発」１００万円

2 畑 徹科学技術振興機構 先端計測分析技術機器開発事業「大気浮遊粒子用傾向Ｘ線

分析装置の開発」２００４年度分０円　(但し2004-2008年度全体では３７５０万円)

海外出張および海外研修1 石川修六イタリアトレント大学とフランスLPSENS2004年7月3~23日The International

Symposium of Quamtun Fluids and Solids QFS2004 およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004出席発表　および　研究打ち合わせ

2 矢野英雄the University of Trento Italy2004年7月3日~13日The International Symposiumon Quantum Fluids and Solids QFS-2004およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004　出席発表

3 畑　徹the University of Trento Italy2004年7月3日~13日The International Symposium onQuantum Fluids and Solids QFS-2004およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004　出席発表

4 石川修六Chamrousse Grenoble France　2004年12月17-22日 ESF COSLAB NetworkConference 招待講演

5 石川修六英国ロンドン大学(Royal Holloway) 2005年3月22日~9月２５日薄膜超流動ヘリウムに関する研究

その他1 畑　徹　2004年度　低温工学協会関西支部長2 石川修六2004年度　東京大学物性研究所客員助教授

6

光物性物理学唐沢　力 教授 謝　海燕 (D3) 大北健児 (M2) 上田祐士 (B4)

赤井一郎 助教授 岡田 明 (M1) 中村貴史 (B4)

鐘本勝一 助手 加藤 賢 (M1) 藤城明弘 (B4)

研究概要

1 層状結晶半導体中の高密度励起子の非線形光学応答 (大北赤井唐沢)

高密度励起子系において励起子間相互作用は励起子高密度相の物性を決定づけるそこで我々は励起子間に顕著な斥力相互作用を持つ層状結晶GaSe中の励起子系において励起子間相互作用の位相緩和への寄与に着目し縮退四光波混合(DFWM)スペクトルを調べたその結果DFWM信号の励起スペクトルに共鳴位置とその高低エネルギー両側に計 3つのピークを見出したこれらのピークのエネルギー間隔はGaSeの励起子系で顕著に観測される非弾性散乱過程によって交換されるエネルギーに相当するつまり励起子の非弾性散乱状態が関係する非線形光学過程がこの分裂したDFWM信号ピークを与えたものと考えた(StPetersburg 大学と共同研究)

2 高効率蛍光物質ヘキサキスピリジンチオラト銅結晶の光物性 (謝赤井唐沢)

ヘキサキスピリジンチオラト銅結晶 [Cu6(nL minusmpyt)6](nLは配位子の配置を示す)は高い発光効率とそのスペクトルが特異な温度依存性を示す特徴的な二つの緩和発光帯が銅クラスター内遷移と銅クラスターから配位子間の電荷移動型遷移によって現れること発光色の変化はこの二つの発光帯の熱活性過程による強度交替であることなどを明らかにしたまた時間分解発光スペクトルを調べ電荷移動型遷移発光帯が 2つの異なる減衰時定数をもった 2つの発光帯の重ね合わせとして観測されていることを明らかにしたこれらの励起子発光の温度依存性やダイナミクスは銅クラスター内遷移と電荷移動型遷移の 2つを考慮した配位座標モデルで説明できることを示した(物質分子系専攻分子設計学研究室と共同研究)

3 小型光捕集性デンドリマーの励起子ダイナミクス (赤井鐘本)

比較的低世代のデンドリマーにおいて光捕集性外周側鎖の光励起後の励起子の伝達ダイナミクスを調べたその結果これらの小型デンドリマーでは外周側鎖の光励起の後外周側鎖内部での振動緩和以前にコアへ励起子が伝達していることが明らかになったまたこれらの迅速な励起子のコアへの伝達を担う物理的機構はコアと光捕集性側鎖が結合する部分におけるそれらの電子励起子状態の波動関数の重なりによる短距離相互作用であると考えた(生体構造物性研究室ならびに信州大学繊維学部と共同研究)

4 デンドリマーにおけるエネルギー伝達の温度依存性 (岡田赤井鐘本)

光捕集性デンドリマーの光捕集アンテナは数多くの芳香環によって構成されておりそれらの芳香環が中心に位置するコア分子から外側に向かって枝分れしながら結合している形態をとるそのためこれらの光捕集アンテナ部分には多くの分子振動の自由度が存在し室温ではそれらの分子振動の自由度が比較的良く熱励起されていると考えられるこのような状況でも光捕集アンテナを光励起すると

7

極めて高い効率でコアへ励起子が伝達するのが光捕集性デンドリマーの特徴であるそこで励起子伝達ダイナミクスにおいて分子振動が担う役割を明らかにするためデンドリマーの励起子伝達ダイナミクスの温度依存性を調べたその結果試料を冷却して溶媒が凍結するとコアへの励起子伝達効率が著しく低下することが明らかになったこの顕著な温度依存性は室温で熱励起されている光捕集性アンテナ芳香環のねじれ振動が励起子の伝達に大きく寄与していることを意味する(生体構造物性研究室ならびに信州大学繊維学部と共同研究)

5 デンドリマーにおける励起子伝達の世代空間形態依存性 (加藤 赤井 鐘本)

光捕集性デンドリマーの光捕集アンテナを光励起すると高効率にコアへ励起子が伝達する特徴がありその伝達量子効率は光捕集アンテナの枝分れ世代数や空間形態に大きく依存することが知られているしかしそれらの励起子伝達の物理的機構は未だ系統的に理解されていないそこで光捕集アンテナが結合できる結合手を 4つ持ったコア分子に2sim4世代の枝分れ光捕集アンテナを3箇所に選択的に結合させた 34-m thデンドリマー (m = 2 sim 4光捕集アンテナの枝分れ世代数)の励起子伝達ダイナミクスを調べたその結果励起子のコアへの伝達量子効率が枝別れ世代数mの増加と共に若干低下する傾向が明らかになった(物質分子系専攻機能化学研究室と共同研究)

6 CdxMn1minusxTeCdyMg1minusyTe半導体量子井戸中のMn2+内遷移と励起子遷移 (赤井)

CdTe半導体にMnをドープするとCdサイトにMn2+が置換され共有性結合を形成するこのMn2+には d5電子が存在しMnを高密度にドープしたCdxMn1minusxTeとバリア層半導体CdyMg1minusyTe で量子井戸構造を形成するとCdxMn1minusxTeのバンド間を基礎とした励起子遷移と共存してそれぞれ特徴的な光学遷移を与える我々は原子数比で 40以上のMn2+をでドープした試料について量子井戸励起子とMn2+中 d5電子内遷移の発光を量子井戸厚を変化させた試料について系統的に調べたその結果特に数Kのネール温度以下の低温において高密度ドープした結果隣り合ったMn2+の d電子間の反強磁性相互作用が顕著になりそれを示す発光を見出した(StPetersburg 大学と共同研究)

7 Cu2O薄膜結晶の励起子スペクトル (赤井)

Cu2Oの最低励起子状態である para励起子は光学禁制で長い寿命を持ち高密度に集約させられる可能性を持つことから励起子系のボーズアインシュタイン凝縮が期待されている系であるそこで我々は空間的に励起子を閉じ込めやすいようにCu2O粉末を 2枚のMgO単結晶板で挟んでその間にCu2Oを溶解浸透させて作成したCu2O薄膜結晶を用意しその光学応答を調べたその結果吸収スペクトルでは黄色と緑色シリーズの励起子遷移が観測された一方発光スペクトルでは3本に分裂した ortho励起子発光とそれらのフォノンサイドバンド発光が観測されたこの分裂はMgOに挟むことによってCu2O薄膜結晶が歪みを受け分裂したものと考えた(大阪府立大学と共同研究)

8 自己形成CdTe量子点の励起子スペクトル (赤井)

ホットウォール法でZnTe上に自己形成させたCdTe量子点の光学応答とその温度変化を調べたその結果CdTe量子点に閉じ込められた励起子による発光と共に結晶成長時にCdTe量子点とバリア層ZnTeの間に形成されるCdTeぬれ層に束

8

縛された励起子の発光が観測されたまた試料作成時にCdTeの仕込み量が少ないCdTe量子点ではCdTe量子点の励起子発光が大きく高エネルギーシフトしZnTeのバンドギャップ近傍に現れたこの励起子発光の大きなブルーシフトはCdTeの仕込み量の少ない試料においてCdTeと ZnTeの混晶ぬれ層が形成されその結果CdxZn1minusxTe混晶半導体の量子点が形成されているためと考えた(山梨大学と共同研究)

9 π共役高分子のFETデバイスで誘起されるキャリアの研究 (鐘本)

近年π共役高分子を用いて電界効果トランジスタ (FET)特性が実現されることが報告されその応用に向けた研究が盛んになされているπ共役高分子として層構造を示すポリチオフェン誘導体ならびに大気中で安定なポリフルオレン誘導体に対して実際にトランジスタ動作を確認したそのデバイスに対してトランジスタ動作で誘起されるキャリアを吸収分光でとらえる実験を行い近赤外領域で特徴的な信号を観測したその信号は化学酸化で得られるキャリアに比べて低エネルギー領域に信号を有することが確認され高分子鎖間で広がった状態がキャリアとして働いていることが示唆された(University of Cambridgeとの共同研究)

10 長鎖チオフェンオリゴマーのポーラロンダイナミクス (鐘本)

π共役高分子はドープ状態で高い導電性を示しそのキャリアとして電子スピンを有するポーラロンが重要視されているそれら高分子のモデル化合物として長鎖オリゴマーを用いてESR特性を調べた特にそのESRスペクトルは高周波 (36 GHz)の実験において一般によく用いられるXバンド領域 (9 GHz)と線型及び線幅が顕著に異なるスペクトルを与えたこのことはポーラロンの運動の様子を異なる時間尺度で観測できたことを反映しており今後解析していくことでポーラロンダイナミクスについて詳細な情報が得られることが期待される(分子科学研究所との共同研究)

教育研究業績学術論文

1 H Xie I Kinoshita T Karasawa K Kimura T Nishioka I Akai K KanemotoldquoStructure Study and Luminescence Thermochromism in Hexanuclear 6-Methyl-2-Pyridinethiolato Copper(I) Crystalsrdquo

J Phys Chem B 109 pp9339-9345 (2005)

2 I Akai K Harai K Kouno T Karasawa ldquoPhotocalorimetric study on nonradiative relaxation processes and photolumines-cence quantum yields in Alq3 single crystalsrdquo

J Lumin 108 pp11ndash14 (2004)

3 H Xie M Tougezaka S Oishi I Kinoshita K Kanemoto I Akai T Karasawa ldquoLuminescence processes of hexanuclear methylpyridinethiolato-copper (I) crystalsrdquo

J Lumin 108 pp91ndash95 (2004)

4 V F Agekyan Yu A Stepanov I Akai T Karasava L E Vorobev D A FirsovA E Zhukov V M Ustinov A Zeilmeyer S Shmidt S Hanna E ZibikldquoLuminescence of Stepped Quantum Wells in GaAsGaAlAs and

9

InGaAsGaAsGaAlAs StructuresrdquoSemiconductors 38 pp565ndash571 (2004)

5 A Ito H Ino Y Matsui Y Hirao K Tanaka K Kanemoto T Kato ldquoA Bindschedlerrsquos Green-Based Arylamine Its Polycations with High-Spin Multi-plicityrdquo

J Phys Chem A 108 pp5715ndash5720 (2004)

国際会議会議録

1 I Akai K Watanabe K Yamashita K Kanemoto T Karasawa H HashimotoldquoExciton Dynamics in CdTeZnTe Quantum Dots Grown by Hot-Wall Expitaxyrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

2 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M KimuraldquoRapid Energy Transfer in Light-Harvesting Small Dendrimersrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

学会研究会講演

1 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢 力橋本秀樹木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

I-19 pp73ndash76 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

2 岡田 明赤井 一郎鐘本 勝一唐沢 力橋本 秀樹木村 睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

I-21 pp81ndash83 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

3 大北 健児丹治 淳鐘本 勝一赤井 一郎唐沢 力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

II-24 pp93ndash96 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

4 謝 海燕峠坂雅美加藤 賢木下 勇鐘本勝一赤井一郎唐沢 力「ヘキサキスピリジンチオラト銅 (I)錯体結晶の発光特性 (II)」

III-66 pp261ndash264 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

5 赤井一郎 岡田明 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

12pXD-12 第 4分冊 pp643日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

6 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

13pPSA-21 第 4分冊 pp660日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

7 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学応答スペクトル II」

24aPS-44 第 4分冊 pp668日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

10

8 岡田明 赤井一郎 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

24aPS-98 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

9 加藤賢赤井一郎鐘本勝一唐沢力大橋正和篠田哲史築部浩「光捕集性 3世代 34デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクス」

24aPS-99 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

その他

1 唐沢　力 　物理学教室談話会（新入生歓迎）　　　　　　　　　「私たちの行っている研究」　

2 唐沢　力　高大連携活動　市大授業　（2004年 5月 1日）　　　　　　　　　「大学で学ぶ物理 - 物理の面白さと必然性」

学位論文修士論文

1 大北健児 「 半導体GaSe結晶における高密度励起子の縮退四光波混合スペクトル」ldquoSpectra of High-Density Excitons in Semiconductor GaSe Crystal by Degenerate-Four-Wave Mixing Methodrdquo

博士論文

1 謝 海燕「 銅 (I)-クラスターを中心とする新規複合錯体化合物結晶の光励起状態とその緩和過程」ldquoPhoto-Excited States and Thier Relaxation Processes of Novel Cu(I)-Cluster-DominatedCoordination Compound Crystalsrdquo

研究助成金取得状況

1 唐沢 力 (代表者) 赤井一郎 鐘本勝一 飯田 武 鈴木正人文部省科学研究費補助金 基盤研究 (B-2) (課題番号14340095)(H14 6200千円 H15 4500千円 H16 1200千円)「半導体中に光学的に生成された量子凝縮相のダイナミックス」

海外出張および海外研修

1 鐘本勝一 「有機高分子を用いた最先端デバイス技術の習得及びその動作機構の解明」

Cavendish Laboratory Cambridge University UK Mar 2004 - Mar 2005

2 赤井一郎 6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter

(EXCONrsquo04) Cracow Poland 6-9 July 2004

11

生体構造物性研究室

橋本 秀樹 教授 丸山 稔 講師 杉﨑 満 講師

佐島 徳武 (PD) 藤井 律子 (PD) 柳 和宏 (D3学振PD)

西尾 友宏 (M2) 清水 麻登香 (M2) 和泉 拓朗 (M1) 楠本 利行 (M1) 下中 奨三 (M1) 藤原 正澄 (M1) 鈴木 聡 (B4) 重信 明孝 (B4) 若竹 伸幸 (B4)

研究概要

1 サブ10フェムト秒時間分解分光計測システムの構築とフェムト秒時間領域分光（杉﨑佐島橋本） 光合成反応系は生命の40億年とも言われる歴史に基づく自然選択の摂理により改良されてきた天然のエネルギー変換システムであるこの反応系は人類がこれまで構築し

た如何なるシステムよりも遥に速い変換速度（lt 100フェムト秒）で高効率のエネルギー変換（～100）を行うと考えられているそのため光合成反応系の初期過程のメカニズムを明らかにすることは基礎物理的にも応用的にも非常に重要である近年レーザ

ー技術の進歩により市販のレーザーを用いることで100フェムト秒程度の超短パルスを比較的簡単に手に入れることが可能となったしかし光合成系の初期過程を明らかに

するためにはそれよりも更に一桁以上時間分解能の良い光源の開発が必要不可欠となる

そのため我々の研究室ではチタンサファイア再生増幅器からのレーザー光を2つに分け一方を自己位相変調により白色光もう一方をBBO結晶を用いて第二高調波を発生させこれらの光の非同軸光パラメトリック増幅を行うシステムを構築した 今年度はフェムト秒再生増幅装置を励起光源とする非同軸光パラメトリック増幅器

（NOPA）2台の性能最適化を行った我々の持つ全てのノウハウを傾注しプリズム対およびチャープ鏡対を併用したパルス圧縮を行うことにより可視波長域（500sim750 nm）において最短6フェムト秒のパルス幅を持つ「本当の」フェムト秒光パルスの安定発生を達成した同レーザー光を用いてポンププローブ時間分解吸収分光縮退４光波混合計

測システムを構築した本レーザー装置の出力スペクトルに合致する吸収帯を持つ試料と

して極性カロテノイドアナログ及び共役二重結合数15を持つマクロカロテン分子についての時間領域分光計測を行ったいずれの試料においても過渡吸収変化にimpulsive stimulated Raman processに由来するコヒーレント振動が重畳した信号が観測された比較的干満な時間変化を示す極性カロテノイドアナログの場合は適当な窓関数を設定して

フーリエ変換を行うことによりコヒーレントフォノンモードの周波数及び強度の時間変

化が観測できた励起状態の位相緩和時間に対応すると考えられるコヒーレントフォノン

モードの減衰の時定数としてsim1 psが得られたこの値は観測している励起状態の寿命（sim2 ps）の半分程度の値を示している超高速な緩和を示すマクロカロテン分子においても同様なコヒレーントフォノン信号の時間変化が観測されたしかしながら本試料の場合

は時間領域に現れるコヒーレント振動が時間と共に変化する大変興味深い様相が確認さ

れたフーリエ変換を用いた従来どおりの解析はコヒーレント振動の時間変化が無い場

合に限り適応可能である上述の観測結果は単純なフーリエ解析の限界を打破する新た

な解析手法の創出が必須である事を示唆しているマクロカロテン分子に関してはポン

ププローブ分光の他４光波混合を用いた予備的な実験も行った

12

2 光合成光反応中心複合体におけるカロテノイドの構造安定化（橋本）

光合成系における機能発現には複数の光合成色素（カロテノイド及びクロロフィル）

がアポタンパク質により形成される反応場の中で空間的に規則正しく配列した色素蛋白

超分子複合体構造が密接に関係している特に光捕集光保護構造安定にはカロテノ

イド色素が重要な役割を果たしているこれまでに紅色光合成細菌Rhodobacter (Rb) sphaeroidesを中心に光保護作用に関する研究が数多くなされてきたこれはRb sphaeroidesがX線構造解析により蛋白の構造が解明されていることまたカロテノイド欠損株R-261と所望のカロテノイドを用いることにより人工の光反応中心を再構成できることなど興味深い研究の場を与えてくれることに起因するしかしながら光反応中

心に再構成されたカロテノイドが天然の物と同じ位置に取り込まれるかという最も基本

的かつ本質的な問題についてはこれまで明らかにされていなかった英国グラスゴー大

学及び米国コネチカット大学との共同研究によりRb sphaeroides R261の光反応中心にspheroideneや34-dihydrospheroideneを再構成した試料について高分解能X線構造解析を行ったその結果カロテノイドのバインディングサイトを明らかにすると共にフェニル

アラニンM162が門番の役目となりカロテノイドが一方向からのみ光反応中心に取り込まれていくという興味深い結果を得た更にトリプトファンM75が鍵の役目となりカロテノイドと水素結合することにより構造の安定化がなされていることを明らかにした

得られた結果を学術雑誌（Structure）にて公表した

3 アナログカロテノイドを再構築した光反応中心複合体の電場変調吸収分光（柳西尾清水橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と系外から有機合成により調製したアナログカロテノイドを再構築した人工のRCの電場変調吸収分光測定（室温及び低温）を行ったカロテノイド分子の有無により周囲に存在するバクテリオクロロフィル分子周辺の静電環境にどのような差異が生じる

のかを初めて定量化した室温（生理温度）で測定した場合カロテノイド分子から16 Aring離れて存在するスペシャルペアバクテリオクロロフィル分子の周辺の静電場にカロテノ

イド分子の有無により10 程度もの差異が生じることを明らかにした得られた成果を学術雑誌（J Phys Chem B）にて公表した

4 アナログカロテノイドを天然のアポ蛋白質に再構築した人工の光合成光反応中心複合体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本西尾橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と有機合成により調製した一連の共役鎖長を持つアナログカロテノイドを再構築した人工のRCのナノ秒時間分解吸収スペクトル測定を行った得られた吸収スペクトルデータのセットに対して特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを適用するこ

とにより極微弱な吸収スペクトル変化を精度良く検出することに成功した再構成RCに関する従来の研究では共役二重結合数（N）が9より少ないカロテノイドを再構築した場合光保護作用の発現のために必須のカロテノイドの三重項状態の生成が全く検出さ

れなかったが今回の我々の実験によりN=8およびN=9のカロテノイドを再構築したRCおいてもカロテノイドのT1 rarr Tn吸収スペクトルが観測できたこの結果はカロテノイ

ドの光保護作用の発現機構に関して従来概念を覆す画期的な成果であると考えられる 5 光合成膜中でのアンテナ色素蛋白複合体の超分子配置のその場観察（下中清水藤井橋本） 光合成細菌の光合成系は二種類のアンテナ色素蛋白複合体（LH1及びLH2）と光反応

中心（RC）の3つの色素蛋白複合体が有機的に結合した超分子配置を形成することにより生理機能を発現している平坦な光合成膜を持つ紅色光合成細菌Blc viridisから調製した

13

光合成膜試料に焦点を絞り画像計測の物差しを作成することを目的として研究を行った

Blc viridisにはアンテナ複合体としてLH1複合体のみしか存在しないことが知られている透過型電子顕微鏡（TEM）を用いた観測によりLH1複合体の直径10 nmに対応する環状の構造体が細密充填構造を取り配列している画像を取得した得られた画像をフーリエ変

換することにより三角格子構造を示唆する良好な回折パターンを得た回折点以外の余

分な成分を除去し逆フーリエ変換を行うことによりRC-LH1コア複合体の良好な画像を得ることに成功したこの画像データに対して統計処理を行ったところ環状構造体

の直径は98 plusmn 04 nm で分布しておりその中心にRCに対応する構造が観測されることからこの環状構造体がLH1複合体に帰属できることが明確となったまた各LH1リングは細密充填構造を取り配列しているが再隣接距離は約2 nm程度離れていることが明らかになった 単離生成したRC-LH1コア複合体をリン脂質二重層膜（Egg-PC）に再構築する方法を

確立したTEMを用いた観察（フーリエ解析）により再構成直後の人工光合成膜ではコア複合体は細密充填構造を取らず比較的ランダムに配列していた同試料の温度を上

下することで細密充填構造へ導けることが明らかになったこの結果はコア複合体の超

分子配列が制御可能であることを示唆しているコア複合体を再構築した人工光合成膜に

さらに他の種類の光合成細菌由来のLH2複合体を再構築した「本当の」人工光合成膜を作成すべく条件出し及びTEMによるその場観察を行っている

6 極性カロテノイドの同族体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本佐島橋本）

all-trans-レチナールと13-インダンジオンを縮合した2-all-trans-レチニリンデン-13-インダンジオン（RetInd）のTHF溶液に対して三重項増感励起によるナノ秒時間分解吸収分光測定を行った特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを用いたデータ解

析を行うことによりジカチオン状態に帰属できる過渡吸収バンドが特定できたカロテ

ノイド類ではTHFのような溶媒系（非重溶媒）でのラジカル生成は報告されておらずしかも三重項増感励起の際に見つかったこの特異な現象はカロテノイド（共役ポリエン

系）の電子構造を探索する上で重要な知見を与えていることが期待される

7 LH1アンテナ複合体の再構築とその電場変調吸収分光（鈴木藤井柳橋本） 紅色光合成細菌Rhodospirillum rubrumから共役二重結合鎖n = 13のカロテノイド（all-trans-spirilloxanthin）を単離精製した単離したカロテノイドをTriton X-100ミセル中でカロテノイドを除去したB880色素蛋白複合体の単量体サブユニットと再会合することによりRs rubrum LH1複合体を人為的に再構築した吸収スペクトル蛍光励起スペクトルおよび電場変調吸収スペクトルを測定することで再構成体と天然由来のLH1複合体についての比較検討を行ったLH1 complex再構成体はB880吸収帯が3 nm短波長シフトしている点とカロテノイド部分の振動構造がより明瞭になっている点を除けば天然体

と基本的に同様な吸収スペクトルを与えた蛍光励起スペクトルの測定によりカロテノ

イドからバクテリオクロロフィルへの励起エネルギー移動効率を決定したところ天然

LH1では35であったのに対し再構成LH1はこれより有意に高い40の効率を与えた電場変調吸収分光測定によってLH1複合体中のカロテノイド及びバクテリオクロロフィル分子の非線形光学パラメータ（光誘起分極率変化∆α光誘起双極子モーメント変化∆micro）を決定したところバクテリオクロロフィル分子では天然体と再構成体とで同様の値を与

えるのに対してカロテノイド分子では大きな差異が検出されたこの結果は再構成LH1複合体中のカロテノイド分子周辺の静電的環境が天然 LH1の場合とは明らかに異なっていることを示している電場変調吸収分光法は再構成体の構造に関して有意な情報を与

える分光学的手法であることが明らかになった 8 非線形光学材料の性能向上を目指した計測と評価（藤原丸山橋本）

大出力テラヘルツ電磁波（THz波）発生を実現するための有機非線形光学材料の性能評

14

価について種々の分光計測法を適用することにより多角的に検討を行った具体的な測

定対象となる有機非線形材料としては既に良好なTHz波発生が確認できている2-メチル-4-ニトロアニリン（MNA）誘導体について検討した 様々な置換基を有するN置換MNA誘導体の大量合成を行ったブリッジマン炉を用いた

融液からの結晶成長とゾーン精製による純化を行いこれらMNA誘導体からの良質な単結晶の作成を目指して勢力的に研究を展開した特に単結晶試料の透明性を追求し種々

の条件だしを行った得られた結晶の面方位はX線ラウエ法により評価した 結晶の2次非線形光学定数（dテンソル）の測定を行うための装置を作成して稼働し各

MNA誘導体結晶のdテンソル成分の相対値を決定したdテンソルの決定には第二高調波発生法を採用しその励起光源としてはNdYAGレーザーの基本波（1064 nm）を用いた結晶試料は回転ステージ上に固定し励起光の偏光（p偏光およびs偏光）に対して任意角度に回転角を設定できるようにした原理的に全部で27個あるdテンソル成分に関して結晶構造および結晶内における分子配置を考慮することにより測定結果をシミュレーシ

ョンするコンピュータプログラムの開発も平行して行った 以上の研究を通じて1）光学的に良質で大型のBNA単結晶の成長に成功した2）dテンソルの成分比を実験的に検証しdZZZ成分の異常な増大を観測した3）dZZZの異常な増

大は超分子クラスターを考えることで定性的に説明可能であることを明らかにした4）結晶中の水素結合によって形成されるネットワークがdテンソルに大きく影響を与える事を明らかにした目標である良質で大きな有機非線形光学結晶の開発と二次非線形感受

率テンソルの決定等の結晶面方位に即した物性評価をすることができ当初の計画を十分

満足する研究成果が得られた 9 氷六角板結晶の成長と融解の間に生じる非対称なパターン形成（丸山）

結晶にはミクロな構造的異方性があるために特定の方位の結晶面のみがマクロな結晶

外形を構成するすなわち成長形は成長速度の遅い方位の平面によって融解形は融解

速度の速い面によって囲まれるという法則がある両者は違った形になることが予測さ

れるがその関係をきちんと調べた例はほとんどないそこで氷と水の圧力下共存系を

対象にして系の温度を下げながら氷を成長させ温度を上げながら氷を融解させた得

られた成長形はプリズム面と基底面で囲まれた六角板状であるのに対して融解形は六角

形の角から優先的に解け出して定常状態では逆六角形を示したすなわち成長形が30度回転した相似形になったただしこれら六面はわずかに曲がったラフ方位の曲面である

従来融解形は角ばった先端から解け始め丸い定常形に落ち着くものと考えられていた

界面での成長融解の素過程を考慮した数理モデルを作ってこの非対称変化を定性的に

説明した 教育研究業績 学術論文 1 K Yanagi H Hashimoto AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the LH2

complex from Rhodobacter sphaeroides G1C frequency and temperature dependencerdquo J Phys Chem B 108 10334-10339 (2004)

2 H Hashimoto K Yanagi M Yoshizawa D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoThe Very Early Events Following Photoexcitation of Carotenoidsrdquo Arch Biochem Biophys 430 61-69 (2004)

3 H Hashimoto T Sashima K Yanagi and M Yoshizawa ldquoUltrafast Relaxation Processes of Photosynthetic Carotenoidsrdquo Rev Laser Engineer 32 701-710 (2004)

4 RJ Cogdell H Hashimoto and AT Gardiner ldquoPurple Bacterial Light-Harvesting Complexes

15

From Dreams to Structuresrdquo Photosynth Res 80 173-179 (2004) 5 W Wohlleben T Buckup H Hashimoto RJ Cogdell JL Herek and M Motzkus

ldquoPump-deplete-probe spectroscopy and the puzzle of carotenoid dark statesrdquo J Phys Chem B 108 3320-3325 (2004)

6 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of the inhomogeneous band-broadening on the nonlinear optical properties of hydrazonesrdquo Phys Rev B69 205103 (2004)

7 AW Roszak K McKendrick AT Gardiner IA Mitchell NW Isaacs RJ Cogdell H Hashimoto and HA Frank ldquoProtein Regulation of Carotenoid Binding Gatekeeper and Locking Amino Acid Residues in Reaction Centers of Rhodobacter sphaeroidesrdquo Structure 12 (2004) 765-773

8 T Nakajima H Nagasawa M Maruyama T Komatsu J Nelson ldquoMacroscopic crystallization of nanocrystals into supercrystalsrdquo Jpn J Appl Phys 43 1102-1103 (2004)

9 D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri K Yanagi H Hashimoto RJ Cogdell ldquoConjugation length dependence of internal conversion in carotenoids Role of the intermediate staterdquo Phys Rev Lett 93 163002 (2004)

10 D Kosumi H Hashimoto and M Yoshizawa ldquoPump Wavelength Dependence of Ultrafast Relaxation Kinetics in β-Carotenerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 29-31

11 RJ Cogdell H Hashimoto K Yanagi D Polli G Cerullo G Lanzani and S de Silvestri ldquoExcited Singlet States of Carotenoids and Their Involvement in Photosynthetic Light-Harvestingrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 60

12 S Hirota H Inoue A Teteishi H Hashimoto Y Tomita M Murakoshi T Nigo K Sekimoto J Yokoyama and H Funayama ldquoAssessment of Conjunctival Impression Cytology (CIC) Method of Beta-carotene and Canthaxanthin Fed Vitamin A Deficient Ratsrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 43-45

13 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of carotenoid on electrostatic environment around the bacteriochlorophyll special pair in the reaction center of the urple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 26-28

14 T Sashima I Matsuda K Misawa S Koshiara and H Hashimoto ldquoThe Control of Photoisomerization of All-Trans Retinal by Using Chirped Femtosecond Laser-Pulsesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 24-25

15 M Sugisaki T Sashima K Yanagi A Sugita and H Hashimoto ldquoStationary and Transient Optical Absorption Measurements in Polar Retinoid Analoguerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 20-23

16 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell H Hashimoto ldquoElectroabsorption spectroscopy of β-carotene homologs Anomalous enhancement of ∆micrordquo Phys Rev B71 195118 (2005)

17 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto JP Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8-13 conjugated double bonds as determined by electronic absorption spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 410 108-114 (2005)

18 D Kosumi K Yanagi T Nishio H Hashimoto M Yoshizawa ldquoExcitation energy dependence of excited states dynamics in all-trans-carotenes determined by femtosecond absorption and fluorescence spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 408 89-95 (2005)

19 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M Kimura ldquoRapid energy transfer in light-harvesting small dendrimersrdquo J Lumin 112 449-453 (2005)

20 K Kanemoto M Shishido T Sudo I Akai H Hashimoto T Karasawa ldquoConcentration-dependence of photoluminescence properties in polythiophene diluted in an inactive polymer matrixrdquo Chem Phys Lett 402 549-553 (2005)

21 K Yanagi M Shimizu H Hashimoto AT Gardiner AW Roszak RJ Cogdell ldquoLocal electrostatic field induced by the carotenoid bound to the reaction center of the purple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo J Phys Chem B 109 992-998 (2005)

22 M Maruyama ldquoRoughening transition of prism faces of ice crystals grown from melt under pressurerdquo J Crystal Growth 275 598-605 (2005)

国際会議会議録

16

1 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

2 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 363-367

3 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

国際会議講演 1 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and

reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

2 RJ Cogdell AT Gardiner S Prince TD Howard M Papiz H Hahsimoto K Yanagi HA Frank AW Roszak and NW Isaacs ldquoThe organisation of carotenoids in purple bacterial antenna complexes and reaction centres analysis of structure and functionrdquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

3 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

4 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

5 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

6 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoMolecular Architecture of Native and Reconstituted Pigment Protein Complexes of Purple Photosynthetic Bacteriardquo Open Workshop on Molecular Modified Electrodes for Clean Energy Conversion (2004 October 1) Panasonic Center Ariake Tokyo Japan

7 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on Materials Science and Nano-Engineering (2004 December 11-14) Osaka Univ Suita Osaka Japan

8 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto HA Frank RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet States of Carotenoids Having Shorter Conjugation Lengths Reconstituted into the Reaction Centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 Detected by Time-Resolved Absorption Spectroscopyrdquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

9 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner AW Roszak and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

10 H Hashimoto R Fujii K Yanagi A T Gardiner A W Roszak N W Issacs H A Frank and R J Cogdell ldquoStructures and functions of carotenoids bound to reaction centers from purple photosynthetic bacteriardquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17

11 R L Christensen H A Frank M Grace I Galinato E F Chu R Fujii and H Hashimoto ldquoThe optical spectroscopy of cis and trans polymers models for cis and trans carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

12 K Nakagawa R Fujii K Yanagi S Suzuki A T Gardiner R J Cogdell H Hashimoto and M Nango ldquoProbing the carotenoid in its biding site in a reconstituted light-harvesting complex 1 from the photosynthetic bacterium rhodospirillum rubrum with electroabsorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

13 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto and J-P Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8sim13 conjugated double bonds as determined by electro absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

14 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoExcitation energy dependence of relaxation kinetics and nonlinear optical responses in all-trans-carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

15 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto H A Frank R J Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet states of carotenoids having shorter conjugation lengths reconstituted into the reaction centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 detected by time-resolved absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

16 M Sugisaki K Yanagi R J Cogdell and H Hashimoto ldquoUltrafast coherent otical response in a β-carotene homologuerdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17 P Molnaacuter H Hashimoto G Toacuteth ldquoComparison of optical absorption- Raman- and FT-IR-spectroscopic data of several natural and semisynthetic (all-E)-carotenoisrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

18 R Nakamura P Wang R Fujii Y Koyama H Hashimoto and Y Kanematsu ldquoVibrational relaxation pathways in the electronic excited state of carotenoidrdquo 15th International Conference on Dynamical Processes in Exited States of Solids (2005 August 1-5) Shanghai China

19 H Hashimoto K Yanagi A T Gardiner A W Roszak and R J Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 6th International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors in Photosynthetic Organisms (2005 September 11-16) Lucerne Switzerland

学会研究会講演 1 赤井一郎中尾浩士鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「デンドリマー構造をもつ巨大分子の光励起ダイナミクスII」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

2 柳和宏AT GardinerRJ Cogdell橋本秀樹「光合成光反応中心複合体の電場変調吸収分光」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

3 佐島徳武楠本利行橋本秀樹「極性カロテノイド類のナノ秒時間分解吸収分光」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

4 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

5 小澄大輔橋本秀樹柳和宏小向牧人吉澤雅幸「フェムト秒分光を用いたカロテノイドのダイナミクスにおける励起光波長依存性」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

6 杉崎満佐島徳武杉田篤史橋本秀樹「極性カロテノイド類のフェムト秒分光 II」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

7 藤原正澄柳和宏丸山稔杉崎満黒柳和良高橋宏典青島紳一郎土屋裕橋本秀樹「N-benzyl MNA単結晶の二次非線型光学特性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

18

8 杉崎満柳和宏橋本秀樹「β-カロテンホモログ体における超高速光学応答」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

9 柳和宏杉崎満橋本秀樹「βカロテンホモログ体における電場変調吸収分光(II) 」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

10 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

11 小澄大輔小向牧人橋本秀樹吉澤雅幸「3準位電子系の超高速光学応答II波長可変励起光によるβ-カロテンの光誘起過渡吸収」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

12 丸山稔増田詩人「ファセット形成過程とラフ方位の曲率発展」第34回結晶成長国内会議 2004年8月25-27日 東京農工大学

13 Q WangY HanX WenP Hu廣田才之橋本秀樹「マウス免疫機能におけるカロテノイド類の効果」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

14 井上弘明本多由美子関本邦敏横山次郎上野隆嗣富田純史長田祥二橋本秀樹村越倫明廣田才之「ビタミンA欠乏系ラットに投与したカロフィルレッドカロフィルピンクの代謝の影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

15 吉澤雅幸小澄大輔小向牧人柳和宏橋本秀樹「共鳴および非共鳴励起によるβ-カロテンの初期緩和過程および超高速光学応答の研究」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

16 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「共役長が異なるカロテノイド類の超高速光学応答」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

17 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「短い共役鎖をもつカロテノイドの光保護作用－光反応中心複合体における三重項状態の検

出」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館 18 柳和宏橋本秀樹「βカロテンホモログ体の吸収スペクトルにあたえるexchange narrowingの影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

19 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「ポリエン共役長が異なるカロテノイド類の時間分解発光分光」日本物理学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス

20 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「光合成光反応中心複合体に再構築したカロテノイドへの三重項エネルギー移動」日本物理

学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス 21 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性Ⅱ」

22 A Cahoon M Maruyama and JS Wettlaufer ldquoGrowth-Melt Asymmetry in Icerdquo APS March Meeting March 21-25 2005 Los Angeles

解説 1 杉﨑 満ldquo測定法(8) ⎯顕微分光rdquo Optronics 11月号 (2004) pp180-188 2 橋本秀樹藤井律子杉﨑 満ldquo物質現象新技術(5) 有機バイオ-光合成アンテナ色素蛋白複合体カロテノイド超高速レーザー分光rdquo Optronics 5月号 (2005) pp159-169

その他 1 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント

19

制御」 2004年4月30日 立命館大学にて講演 2 橋本 秀樹「紅色光合成細菌の光反応中心及びコア複合体の構造」 2004年6月26日 「光合成細菌の色素系と反応中心に関するセミナーXII」（京都大学）にて講演

3 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント制御」 2004年7月23日 高エネルギー加速器研究機構にて講演

研究助成金取得状況 1 橋本 秀樹文部科学省萌芽研究「原子間力顕微鏡を用いた光合成アンテナ色素複合体超分子配置のイメージング」500万円

2 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(2)「人工光合成色素蛋白超分子複合体の動作機構の解明」1500万円

3 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(1)「カロテノイド励起状態中の振動緩和と光合成系におけるエネルギー伝達の研究」1500万円

4 橋本 秀樹NEDO国際共同研究プロジェクト「人工光合成アンテナとナノデバイス開発光合成アンテナ複合体の機能とナノデバイス開発のためのアンテナ複合体の組織化」

1500万円 5 橋本 秀樹科学技術振興機構さきがけ研究「光合成系の人為操作及び光反応制御」8000万円

6 橋本秀樹科学技術振興機構戦略的国際科学技術協力推進事業（日英協力）ナノ空間に配列させた光合成色素蛋白超分子複合体間における超高速励起エネルギー移動過程の

実時間動画撮影技術の確立」3000万円 7 杉﨑 満学術振興会若手研究(B)「光合成色素蛋白超分子複合体の単一分子超高速レーザー分光」50万円

8 杉﨑 満島津科学技術振興財団研究開発助成「青色極超短パルス光発生装置を用いた光合成コヒーレントプロセスの解明」80万円

海外出張および海外研修 1 橋本秀樹米国（Ventura Beach Marriottホテル）2004年1月3日～1月11日2004年度Gordon

Research Conference on Carotenoids への出席及び会議進行 2 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年6月5日～6月13日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

3 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年11月23日～12月3日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

4 橋本秀樹米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で集中講義コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

5 藤井律子米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で講義補助コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

その他 1 橋本秀樹日本物理学会 2003年度JPSJ編集委員 2 橋本秀樹日本カロテノイド研究会幹事役員Carotenoid Science編集委員長 3 橋本秀樹国際カロテノイド学会Council Member

20

素励 物理学研究室

坪田　誠　 教授

木　正人 講師

笠松　健一(PD)

R Hanninen(PD)

金本　理奈(PD)

西岡　圭太(D3)

小林未知数(D2)

三 　　 (D1)

星原　庸平(M1)

神野　大典(M1)

研究概要1 量子乱流のエネルギースペクトル（坪田小林）

　 年 流動乱流（量子乱流）と古典乱流の対応が注目されているボース凝縮の巨

視的波動関数が従うGross-Pitaevskii方程式の三次元数値 析を行い量子乱流が古

典乱流のもっとも代表的な統 則であるコルモゴロフ則を満たすことを示した 算は

全てフーリエ空間で行い大スケールの励 と小スケールの散逸を導入することで定

常乱流を作ったこれは古典乱流と同様のカスケード過程が量子乱流での存在すること

を示した初めての研究であるこの業績は読売新聞日経産業新聞で報道された

2 二成分ボース凝縮体のダイナミクスとテクスチャー（坪田笠松）

　前年度に引き続き二成分ボースアインシュタイン凝縮体に関する理論的研究を行い

２つの凝縮体の位相が結合した場合（内 ジョセフソン効果に相当）渦分子の形成を示

したまたスピンテクスチャーに関する研究を行った

3 交流 流動流れ場中の量子渦の運動（坪田Hanninen三 ）

　　　現在世界的に関心が持たれている振動細線によって作られる 流動乱流実験に関連

して簡単なピニングモデルによる交流流れ場中の量子渦の運動を調べた交流流れ

場の振動数に共鳴してケルビン波が励 され流れ場の強さを増すと多数の渦の再結

合および生成が こり実験結果と定性的に符合する結果を得た

4 回転下ボソン-フェルミオン混合状態（坪田金本）

　回転下の中性原子気体のボソン-フェルミオン混合状態の基底状態の研究を行い原

子間相互作用と回転振動数に応じてフェルミオンが様々な状態変化を行うことを明ら

かにしたこれらは量子ドット量子ホール効果に特徴的な状態を含みこれらの系

との興味深い対応を明らかにしている

5 ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体（坪田小林）

　バイコールグラスなどのナノスケールの多孔体に閉じ込められたヘリウム４を加圧し

た時に 流動- 流動の量子相転移が慶応大学のグループによって観測されたこ

の実験に関連して閉じ込めポテンシャル中の強相関ボース流体の研究を行いボース

凝縮体の局在に関する判定基準を新たに導入することで実験結果と定量的に良い一致

を得た

21

教育研究業績

学術論文

1 KKasamatsu MTsubota M Ueda ldquoVortex molecules in coherently coupled two-componentBose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev Lett 93 250406(1-4) (2004)

2 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of superfluid turbulence Numerical analysis of the Gross-Pitaevskii equation with a small-scale dissipationrdquo Phys Rev Lett 94 065302(1-4)(2005)

3 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoSymmetry breaking and enhanced condensate fraction in a matter-wave bright solitonrdquo Phys Rev Lett 94 090404(1-4)(2005)

4 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoSpin textures in rotating two-component Bose-Einsteincondensatesrdquo Phys Rev A71 043611(1-14)(2005)

5 K Kasamatsu M Machida N Sasa MTsubota ldquoThree-dimensional dynamics of vortex-latticeformation in Bose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev A71 063616(1-5) (2005)

6 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoVortices in Multicomponent Bose-Einstein CondensatesrdquoInt J Mod Phys B19 pp 1835-1904(2005) (Invited review article )

7 KKasamatsu MTsubota ldquoModulation Instability and Pattern Formation in Two-componentBose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 669-674(2005)

8 M Kobayashi MTsubota ldquoBose-Einstein Condensation and Superfluidity of Strongly Cor

related Bose Fluid in a Random Potentialrdquo J Low Temp Phys 138 pp189-194(2005)9 MTsubota K Kasamatsu ldquoDynamics of Quantized Vortices in Superfluid Helium and Rotating

Bose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 471-480(2005)10　R Hanninen A Mitani MTsubota ldquoSuperfluid 3He-B Vortex Simulations inside a Rotating

Cylinderrdquo J Low Temp Phys 138 pp 589-594(2005)11 R Kanamoto H Saito MTsubota M Ueda ldquoMany-Body Analysis of the Hess-Fairbank Effect

in One-Dimensional Bose-Einstein condensates with attractive interactions rdquo J Low TempPhys 138 pp 681-686(2005)

12 M Tsubota M Kobayashi ldquoKolmogorov spectrum of the Gross-Pitaevskii turbulencerdquo JPhysics and Chemistry of Solids 66 pp 1498-1500(2005)

13 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of quantum turbulence J Phys Soc Jpn 74pp 3248-3258 (2005)

14 K Nishioka M Suzuki ldquoDynamics of unidirectional exciton migration to the molecularperiphery in a photoexcited compact dendrimerrdquo J Chem Phys 122 024708(2005)

国際会議講演

1 MTsubotaldquoQuantized vortices in superfluid helium and Bose-Einstein condensates (Invited) The Third 21COE Symposium Astrophysics as Interdisciplinary Science Waseda Univeristy Tokyo Japan 2005 91-3

2 R Hanninen J Kopu EV Thuneberg MTsubota ldquoStability of Quantized Vortices UnderRotation Helically Twisted Vortex Bundlerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

3 AP Finne VB Eltsov G Eska R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoVortex Multiplication in Applied Flow the Precursor to Superfluid Turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

4 M Kobayashi ldquoInertial range of steady quantum turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

5 A Mitani ldquoCorrelation between Quantum Vortices and Eddies in Normal Fluid Turbulen

22

ce rdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005

8 18-206 M Tsubota M Kobayashi ldquoInertial Range and the Kolmogorov Spectrum of Quantum T

urbulencerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

7 AP Finne VB Eltsov R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoRelaxation of a Helical Vortex Clusterrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

8 VB Eltsov AP Finne R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoPropagation of Quantized Vorticity in a Rotating Columnrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

9 R Hanninen A Mitani and M Tsubota ldquoSimple Pinning Model for Vibrating Wire Turbulence in Superfluid Heliumrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

10 R Kanamoto M Tsubota ldquoEnergy Spectrum of Fermions in a Rotating Boson-Fermion Mixturerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

11 M Kobayashi M Tsubota ldquoLocalization of Bose-Einstein Condensation and Disappearance of Superfluidity of Strongly Correlated Bose fluid in a Confined Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

12 A Mitani R Hanninen M Tsubota ldquoCritical Velocity for Superfluid Turbulence at High Temperaturesrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics Universityof Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

13 H Takeuchi K Kasamatsu and M Tsubota ldquoVortex Structures in Rotating Two-component Bose-Einstein Condensates in an Anharmonic Trapping Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

14 M Tsubota ldquoQuantized vortices in Bose-Einstein condensatesrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

15 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoCenter-of-mass fluctuations in a matter-wave bright solitonrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

16 M Tsubota ldquoNumerical study of quantum turbulence (Invited)rdquo Conference on Vortex Rings and Filaments in Classical and Quantum Systems ICTP Trieste Italy 2005 6 6-8

17 M Tsubota ldquoWhat we can do from numerical studies (Invited)rdquo Workshop on New Experimental Techniques for the Study of Quantum Turbulence ICTP Trieste Italy 2005 6 9-10

学会研究会講演

1 小林未知数坪田誠「ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体におけるボース

凝縮の局在と 流動の消失」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

2 坪田誠「 流動ヘリウムおよび中性原子気体BECの量子流体力学」（招待講演） 日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

3 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転ボーズアインシュタイン凝縮系の3次

元渦糸シミュレーション」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

4 竹内宏光笠松健一坪田誠「 調和ポテンシャル中の回転2成分ボース凝縮体にお

23

ける渦構造」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

5 R Hanninen 三 坪田誠「Quantum turbulence around a vibrating wire」日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

6 　三 R Hanninen坪田誠「「速度に依存しない乱流遷移」は熱カウンター流で

も存在するか」日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

7 三 「 流動乱流と古典乱流の 似性相違性」第54回理論応用力学講演会（日

本学術会議 メカニクス構造研究連絡委員会主催）2005 1 25-27

8 三 「 流動ヘリウム中での乱流遷移」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱

流現象と力学系的縮約」2005 1 12-14

9 　小林未知数「量子流体における乱流現象とエネルギースペクトル Gross-Pitaevski

i方程式による 析」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱流現象と力学系的縮

約」2005 1 12-14

10 坪田誠「乱流の量子古典対応」（招待講演）九州大学応用力学研究所研究集会「乱

流研究の異分野融合と新たな創成」2005 6 16-18

11 　金本理奈坪田誠「回転ボースフェルミ混合系における量子渦とフェルミ原子の

相互作用」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

12 小林未知数坪田誠「Gross-Pitaevskii方程式による 流動乱流のエネルギースペ

クトルII」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

13 　三 坪田誠「常流体乱流中の量子渦ダイナミクスの統 的性 」日本物理学会

2005年秋季大会　同志社大学

14 　藤山将士R Hannienn坪田誠「量子渦糸と球状粒子の相互作用運動－ 流動乱

流の可視化に向けて」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

15 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転BEC系におけるエネルギー散逸と乱

流状態」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

学位論文

博士論文

1 西 岡 圭 太 「 樹 木 状 分 子 デ ン ド リ マ ー に お け る 振 動 エ ネ ル ギ ー 及び励 子の分子内移動ダイナミクス」

研究助成金取得状況1 坪田誠日本学術振興会基盤研究(B)「 流動ヘリウムおよび中性原子気体ボース凝

縮系における量子渦の物理」590万円

2 笠松健一日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

3 小林未知数日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

その他 1 坪田誠日本物理学会代議員

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超高エネルギー研究室

川上三郎 教授 林 嘉夫 助教授 松山 利夫 技術職員(システム計測室)

小島 浩司 (D3) 田中 秀樹 (D3) 野中 敏幸 (D3) 大嶋 晃敏 (D1)

松本祐輔（M1） 松本慶一郎(M1) 清水伸明（M1） 奥田剛司（B4）

研究概要

1 宇宙粒子線による点源探索と加速機構の研究（川上林松山小島田中野中大嶋松本（慶）松本（祐）清水） インドデカン高原南部の Ootyでタタ基礎研究所との共同研究で表題の研究を行っ

ているこのために大規模空気シャワー観測装置の建設運転を継続中である現在

シンチレーション検出器（1m２）約 280台および４基のミューオン検出装置（合計 560m２＞1GeV）でデータ収集を行っておりデータを蓄積しつつ解析を進めている到来方向の角度精度の向上を図るために導入した粒子入射時刻較正システムを用いて較正を

行ったまた検出面積の拡張のためにファイバーを使った新しいシンチレーション検

出器 30台を製作し空気シャワーアレイに組み込んだこの様にして得られた空気シャワーの観測結果を解析した結果 1014～1015eV付近においては一次宇宙線の原子核組成が徐々に重い原子核が増加しているという新しい知見が得られたので学位論文（田中）

として公表した 2 太陽系近傍における宇宙線の異方性の研究（川上林松山小島田中野中大嶋 松本（慶）松本（祐）清水） Ootyの大規模空気シャワー観測装置の一部である４基のミューオン検出装置を用いて数十 GeVの一次宇宙線の時間変動を高精度で方向別に観測を続け約 3年間のデータの蓄積を得たこれらのデータの解析結果から太陽圏の周辺磁場の構造に関して重要な知

見が得られたので学位論文（小島）として公表した 3 L3+Cosmic実験（川上林） L3+C実験はＣＥＲＮ（ヨーロッパ高エネルギー物理学研究所）において LEP（Large Electron Collider）のＬ３実験で用いられた高エネルギーミューオンの運動量を精密に測定する装置を使用して宇宙線中の高エネルギーミューオン（15GeV～1TeV）の測定を行った実験装置 及び解析の結果は同研究所の L3C のホームページ

25

(httpl3cosmicscernch8000l3cwww)に紹介されている L3+C実験は完了していて現在はデータ解析とまとめが行われている解析の主なテーマとしては 1013ｅV～１0１６eVにおける一次宇宙線の化学的成分の測定50GeV～１TeVの大気ミューオンのエネルギースペクトラムミューオン荷電比月の影を利用した高

エネルギー宇宙線反陽子の強度観測太陽フレアに伴う GLE現象における高エネルギーミューオンの観測などが対象となっている解析の結果 20GeV～3000GeVの範囲の大気ミューオンについて高精度なエネルギースペクトラムが得られたのでそれを公表した

4 新しい日印宇宙線共同研究の検討（川上林） ヒマラヤのハンレーにおける高エネルギー宇宙線観測計画の可能性を調査検討する

ためにタタ研究所を訪れ今後の共同研究の進め方について議論を行ったその結果

出来るだけ早期に 3m口径のチェレンコフ望遠鏡を導入することが合意された 5宇宙線望遠鏡計画 (Telescope Array Project)（川上林田中野中松本（祐）松本（慶）清水奥田） 宇宙線望遠鏡計画は最高エネルギー領域（～＞1020eV）の宇宙線を広大な面積を持つ（～1000km2）空気シャワー観測装置をユタ州のミラード郡に設置し観測しようと

する計画である観測装置の建設には 4 年を要するこの宇宙線望遠鏡は空気シャワー観測装置としては世界最大であった AGASA（東京大学宇宙線研究所付属明野観にある超大空気シャワー観測装置現在は終了）の１０倍の規模を持ち統計精度の良いデータ

の収集が期待されている 地表検出器はシンチレーション検出器約 500 台を使用し主として大阪市立大学がこ

の部分の開発製作を担当しているこの他に大型の固定式蛍光望遠鏡３基により空

気シャワーが大気中を発達する様子を精密に測定し一次宇宙線の核種やエネルギーな

どを測定する平成 15年度から 6年間の予定で特定領域研究（科研費）が採択され東京大学宇宙線研究所を中心として多くの大学が参加しているエンジニアリングアレイ

として 20 台が製作されその内の 18 台が現地に展開され試験的にデータ収集を行う事が出来た

教育研究業績

学術論文 １PAchard SKGupta YHayashi SKawakami SCTonwar et al ldquoMeasurement of the atmospheric muon spectrum from 20 to 3000 GeVrdquo

Physics Letters B 598 15‒ 32 (2004) ２SKGupta YHayashi SKawakami HKojima TNonaka HTanaka SCTonwar

et al

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ldquoGRAPES-3 A high-density air shower array for studies on the structure in the cosmic-ray energy spectrum near the kneerdquo

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 540 311-323 (2005)

学会研究会講演 日本物理学会 2004年秋季大会(2004年 9月) 高知大学 1 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（2） 2 川上三郎テレスコープアレイ計画 78地表検出器の総合試験の評価 日本物理学会 第 60回年次大会(2005年 3月) 東京理科大学 1 大嶋晃敏Ooty空気シャワー実験 20（検出器間の相対時刻較正Ⅳ） 2 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（3）

学位論文

博士論文 （Study of Cosmic Ray Sidereal Anisotropy with GRAPES-3 Muon

Telescopes） ( A Study of Nuclear Composition of Primary Cosmic Rays with GRAPES-3

Air Shower Experiment )

研究助成金取得状況

１ 林 嘉夫学術振興会基盤研究（B）（360万円） 「空気シャワーアレイ用粒子到来時刻較正システムによる角分解能向上の研究」 ２ 川上三郎学術振興会基盤研究Ｃ （50万円） 「大型ミューオンテレスコープによる太陽フレアと銀河宇宙線の異方性の研究」 ３川上三郎文部科学省特定研究 （10100万円） 「地表検出器の開発と AGASA検出器による較正」 ４川上三郎東京大学宇宙線研究所共同利用 （55万円） 「大型ミューオンテレスコープによる銀河宇宙線強度の観測」

海外出張および海外研修

１ 林 嘉夫インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と宇宙線化学組成の研究」 2004年8月7日－2004年10月5日

小島浩司 GRAPES-3 ミュオン望遠鏡による宇宙線恒星時異方性の研究 田中秀樹 GRAPES-3 空気シャワー実験による一次宇宙線原子核組成の研究

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インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と

宇宙線化学組成の研究」2005年1月24日－2005年3月8日

２ 川上三郎インドタタ研究所インド天文物理学研究所 「新しい日印宇宙線共同研究についての打ち合わせ」2005年 1月 6日～17日

3川上三郎米国ユタ州ミラード郡 「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日

4奥田剛司米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作及び設置」 2004年 11月 15日～12月 23日 ５松山利夫米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日 ６大嶋晃敏インドタタ研究所 「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線

源と宇宙線化学組成の研究」 2004年9月16日－2005年1月10日

その他

1 川上三郎東京大学宇宙線研究所実施専門委員 2 川上三郎大阪大学附属核物理センター運営委員

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高エネルギー物理学研究室

奥沢 徹 教授 清矢 良浩 助教授 山本 和弘 助手

平本 潤一(M2) 坂井 俊之(M2) 脇坂 隆之(M1)

東田 翼(B4)

研究概要 陽子反陽子衝突型加速器を用いた素粒子実験（奥沢清矢山本平本坂井脇坂） 米国フェルミ国立加速器研究所における日米協力研究の一環として陽子-反陽子衝突型加

速器テバトロンと汎用型素粒子検出器CDFを用いた実験を遂行したRun-Iのデータ収集は

すでに終了しており重心系衝突エネルギー18TeVにおいて積分ルミノシティ約109pbminus1の

データが蓄積されているそのデータを用いたヒッグス粒子の探索トップクォーク性質

の調査電弱相互作用の測定QCDの検証超対称性に関連する新粒子やR-Parityを破る現

象の探索などの実験の解析を行ってきたがそれら一連の解析は終了しつつある 本年度においても重心系衝突エネルギ

ー196TeV でのRun-IIデータ収集が順調

に継続中である加速器のビーム強度も本

年度は10倍以上に増強され積分ルミノシ

ティも2005 年3月現在で900pbminus1となった

この内磁気テープに保存されデータ解析

に使用可能な分が約700pbminus1となっている

(図1) この高統計データを用いたヒッグ

ス粒子の探索ボトムクォークやトップク

ォークの性質をさらに詳しく調べるため

の解析が精力的に進められ結果も出始め

ている（学術論文1-30)CDF Run-II検出

器の詳細については参考文献1を参照され

たい我々の研究室では本年度も検出器

各部の校正とデータ解析用の大容量ディ

スク装置の更なる整備を行い解析のため

の計算機能力増強が継続され主にヒッグス粒子やSUSY粒子探索を遂行している特に今

年度は中性ヒッグス粒子探索に於いて大きな進展があったのでここで紹介する 我々の研究室が担当しているヒッグス粒子の探索モードは 0 pp Wh WWW Xν νplusmn plusmnrarr rarr rarr (1)

というW ボゾン付随生成からのヒッグス粒子がWW へ崩壊し終状態に同符号の電荷を持つ

２つのレプトン(e または μ)が現れるというモードであるヒッグス粒子を除いた素粒子標

準模型ではこの「同符号電荷二重レプトン」という事象は非常に稀なため標準模型を越え

る素粒子探索には非常にシグナルノイズ比が良いという利点がある我々は2004年夏までに

蓄積された1935pbminus

1

図1CDFにおける積分ルミノシティ

1

cgt

のデータを用いて同符合電荷二重レプトンを持つ事象を選び出し様々

な吟味を加えた先ず種々の検出器からの応答からレプトンであるという同定を与えた後に

さらに２つのレプトンの横運動量 が p を満たすサンプルを集め

た結果得られた事象数は標準模型から得られる量と誤差の範囲で一致を見た特に図2

に示すようにヒッグス粒子に感度が高い領域(縦軸 が小さい方のレプトンの 横軸

２つのレプトン運動量のベクトル和の横成分)に於いて期待値095plusmn061(stat)plusmn018(s

yst)に対して検出数は0であったこのことから我々は

Tp 20 GeVTp cgt 6 GeVT

Tp Tp

0pp Whrarr の生成断面積と

の崩壊分岐比の積

0 h WWrarr0 0( ) (pp Wh Br h WWσ rarr sdot rarr ) に対する上限値を95の信頼度でハドロンコ

ライダーにおいて世界で始めて得ることに成功した(図3)(参考文献2) 論文は現在執筆中

である理論値に対してまだ２桁の開きがあるが現在さらに蓄積された1fbminus1のデータを解

29

析中であるまた図4は現在までにテバトロンで得られたヒッグス粒子探索全体の様子である

p0 20 40 60 80 100 120

0

10

20

30

40

50

60-11935 pbCDF Run II Preliminary

(GeVc)

eee

μμμμe

Expected 62plusmn 34

Region C

Expected 293plusmn 71Observed 30

Region B

Region A

Observed3

Expected 81plusmn 31Observed 12

Signal boxExpected 095plusmn 080Observed0

)2Higgs mass (GeVc

-11935 pbCDF Run II Preliminary

Cross section upper limit of WH signal

100 120 140 160 180 200100 120 140 160 180 20010

2

101

1

10

102

Observed 95 CL limit

SM higgs

Bosophilic higgs

図2最終的に得られた事象数に対する期待値との

比較

図3得られた断面積の上限値(95CL)と理論値と

の比較

10-2

10-1

1

10

110 120 130 140 150 160 170 180mH (GeV)

Tevatron Run II Preliminary

H WW() lνlνCDF 360 pb-1

H WW() lνlνD0 299-325 pb-1

SM gg H WW()

WH lνbbndash

CDF 319 pb-1

WH eνbbndash

D0 382 pb-1

SM WH Wbbndash

ZH ννndashbb

ndash

D0 261 pb-1

ZH ννndashbb

ndash

CDF 289 pb-1

SM ZH Zbbndash

WH WWWCDF 194 pb-1

WH WWWD0 363-384 pb-1

SM WH WWW

September 29 2005

図4現在までにTevatronで得られたヒッグス粒子探索の結果と理論予測

との比較 2 νμ―ντ振動実験（奥沢）

スイスジュネーブにある欧州共同利用原子核研究所(CERN)で行ったνμ―ντ振動実験の

解析を継続しているこの実験はニュートリノの質量の有無を調べることを主目的として

いる現在は原子核写乾板の画像解析もほぼ終了しているこの乾板中に記録された反応は

通常のν原子核反応としても扱えるのでこれを利用してチャームクォークの質量の精密計

測ν原子核反応前段面積の測定なども行っている（学術論文31-33）

30

図5シリコンマイクロストリップ飛跡検出器

Hダイバリオン及びペンタクォークの探索（山本） 高エネルギー加速器研究機構（つくば市）の陽子シンクロトロン施設においてK－ビームを

用いたΛΛ超重核探索実験(KEK-PS E373)のデータ解析作業を昨年度に引き続き進行中で

ある実験内容は昨年度の年次報告を参照されたい今年度はこれに加えて米国立ブルック

ヘブン研究所または現在茨城県東海村に建設中の文部科学省大強度陽子シンクロトロン施

設J-PARCで予定されている高統計の次期実験のためのシリコンマイクロストリップ飛跡検

出器の製作とテストを行った無事に実機の１号機(図5)は完成し宇宙線を使ったテストも

良好な結果を得ているまた同じく高エネルギ

ー加速器研究機構においてシンチレーティングフ

ァイバーブロック標的を用いたHダイバリオン共

鳴探索実験(KEK-PS E522)のデータ解析も続行

している（京都大学大阪大学東京理科大学

岐阜大学高エネルギー加速器研究機構との共同

研究）これはK－＋12CrarrΛ＋Λ＋K＋

3

＋X 反応を測

定しΛ＋Λ系の不変質量を再構成することによ

り(uuddss)の６クォーク状態と考えられているHダイバリオン共鳴状態を探索するものである以

前の実験でΛ＋Λ系の不変質量にピークらしいも

のが観測された(参考文献3)のを受けて高統計で

その真偽を確かめることを目的としている解析

は最終段階に入っておりプレリミナリな結果ではあるがやはり今回も理論で予測される

スペクトルよりも多少の超過が確認された(図6)この予想スペクトルに対する統計的優位性

は27σであるまたこの実験では同じセットアップを用いて π－＋prarrK－＋Θ＋rarrK－＋K＋＋n の反応を仮定してのペンタクォークΘ＋の探索も行われたΘ＋は( uudds )の５クォーク

状態として2003年に世界で始めて日本のSPring-8で発見され(参考文献4)その後ITEP(ロシ

ア)Jeffersonlab(米国)ELSA(ドイツ)等で追認され測定された質量は1530～1540MeVc

2である(参考文献567)しかしその多くがγ-核子反応からのものでハドロン反応での生

成はITEPでの泡箱写真解析による非常に少ない統計しかない状態であったので今回の

KEKでの実験となった入射π－の運動量は192GeVcであるデータ解析はp(π－K－)系でのmissing mass (喪失質量)を計算することで行いもし終状態に特定の粒子が出来ていれ

ばピークが立つはずである解析はほぼ終了しておりプレリミナリな結果として図7を得た

1530MeVc 2辺りにバンプが見られるバンプの中心値は1530 (stat) (syst)MeVc 2で

あるが統計的有意性は25σであり統計揺らぎの可能性も否定できないので今後のより

統計の高いデータが望まれる

+minus2219

+minus1913

Preliminary

図6ΛΛ不変質量分布 図7p(π－K－) 系の missing mass 分布

31

図8シンチレーティングファイバーブロック検出器で

得られたΣ＋p散乱の飛跡

4 ハイペロン－核子散乱断面積の測定（山本） これは山本が大学院時代から参加していた実験で今年度ようやくデータ解析が終了して

学術雑誌への発表も終わったのでその内容を紹介させて頂く核子－核子散乱データは今

日まで非常に多くの測定データが蓄積され

核子間相互作用の理解は非常に深まっている

がその反面同じバリオンであるΛΣ

Ξなどのハイペロンとの相互作用の研究は

その寿命の短さから来る実験データの少なさ

も相まって未だ発展途上にある言うまでも

ないがその先の目標はバリオン－バリオン

間相互作用の統一的理解であるそこで我々

は上記の3と同じ高エネルギー加速器研究機

構陽子シンクロトロン施設においてシンチ

レーティングファイバーブロック標的を用い

たΣ p 散乱断面積を求める実験を行い

(KEK-PS E289)そのデータ解析を行ってき

たΣ－p散乱に関しては既に発表済(参考文献

8)であるので今回はΣ＋p散乱の結果である

図8はシンチレーティングファイバーブロッ

ク標的で得られたΣ＋p散乱事象の例で実験

手法としては先ず167GeVc の入射π＋ビー

ムを使って得られた p(π＋K＋)Σ＋ 反応を探し出しそこでのΣ＋を今度は入射Σ＋ビーム

と見立てて陽子との散乱事象を測定するというものであるΣ＋の運動量が350MeVc ～750MeVc の範囲の断面積を求めたのもを図9に示す理論モデルとの比較においては

Nijmegenモデル(参考文献9)よりもRGMモデル(参考文献10)の方が近い結果を見せている

(学術論文34)

This work

(b)

This work

(a)f

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4u (cm) v (cm)

π+

K+

Σ+Σ+

pπ+

π+

K+

Σ+

Σ+

p

π+

図9Σ＋ｐrarrΣ＋ｐの弾性散乱断面積(a)Nijmegenモデルとの比較(b)RGMモデルとの比較 参考文献 1 DAcosta et al (CDF Collaboration) Phys Rev D 71 032001 (2005) 2 httpwww-cdffnalgovphysicsexoticr2a20041014lsdilep_whwww 3 J K Ahn et al (KEK-PS E224 Collaboration) Phys Lett B444 267 (1998) 4 T Nakano et al Phys Rev Lett 91 012002 (2003) 5 V V Barmin et al (DIANA Collaboration) PhysAtomNucl 66 1715 (2003) 6 V Kubarovsky et al (CLAS Collaboration) Phys Rev Lett 92 032001 (2004) 7 J Barth et al (SAPHIR Collaboration) Phys Lett B572 127 (2003) 8 Y Kondo et al (KEK-PS E289 Collaboration) Nucl Phys A676 371 (2000) 9 Th A Rijken V G J Stokes Y Yamamoto Phys Rev C 59 21 (1999) 10 Y Fujiwara K Miyagawa M Kohno Y Suzuki Phys Rev C 70 024001 (2004)

32

教育研究業績 学術論文 1 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Long-Lived Doubly-Charged

Higgs Bosons in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 071801 (2005)

2 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoFirst Evidence for 0sB φφrarr Decay and

Measurements of Branching Ration and A(CP) for B Kφ+ +rarr rdquo Phys Rev Lett 95 0 31801 (2005)

3 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Moments of the Hadronic Invariant Mass Distribution in Semileptonic B Decaysrdquo Phys Rev D 71 051103 (2005)

4 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Production Cross Section in

W W+ minus

pp Collisions at s = 196TeV using Dilepton Eventsrdquo Phys Rev Lett 94 211801 (2005)

5 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry from W eνrarr Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 051104 (2005)

6 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for ZZ and ZW Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 091105 (2005)

7 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the J ψ Meson and Hadron Production Cross Sections in

Bpp Collisions at s = 1960GeVrdquo Phys Rev D 71 032001

(2005)

8 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoAnalysis of Decay-Time Dependence of Angular Distributions in 0 SB J ψ φrarr and 0 d

0B J Kψrarr Decays and Measurement of the Lifetime Difference between Mass Eigenstatesrdquo Phys Rev Lett 94 101803 (2005) SB

9 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Cross Section for Prompt Diphoton Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 022003 (2005)

10 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Anomalous Kinematics in tt Dilepton Events at CDF IIrdquo Phys Rev Lett 95 022001 (2005)

11 K Hara T Okusawa K Yamamoto et al ldquoSensors for the CDF Run2B Silicon Detectorrdquo IEEE Trans Nucl Sci 51 1546-1554 (2004)

12 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurements of BB Azimuthal Production Correlations in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 092001 (2005)

13 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of the Boson Polarization in Top Decay at CDF at

Ws = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 031101 (2005) Erratum-ibid D 71 059901 (2005)

14 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry of Electron-Positron Pairs in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 052002 (2005)

15 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of Charged Particle Multiplicities in Gluon and Quark Jets in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev Lett 94 171802 (2005)

16 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Scalar Leptoquark Pairs Decaying to qqνν in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 112001 (2005) Erratum-ibid D 71 119901 (2005)

17 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Electroweak Single Top Quark Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 012005 (2005)

33

目次

序helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 1

2 0 0 4 年度 物理学教室談話会helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2

研究報告

物性物理学講座

　超低温物理学研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3　光物性物理学研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 7　生体構造物性研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 1 2　素励起物理学研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2 1

宇宙高エネルギー物理学講座

　超高エネルギー宇宙線物理学研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2 5　高エネルギー物理学研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2 9　宇宙素粒子実験物理学(重力波分野)研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 6　宇宙素粒子実験物理学分野(宇宙線研究所)helliphelliphelliphellip helliphelliphellip 3 9

基礎物理学講座

　素粒子論研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4 3　数理物理研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4 6　宇宙物理研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 5 1　原子核理論研究室helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 6 0

1

序

わが国の大学は大きな改革期にあり国立大学は大学法人として大きな一歩を踏み出しました公立大学も多くは法人化を目指しており大阪市立大学も平成 18 年 4 月の法人化に向けて着々と準備が進んでいます

大学改革の流れの中社会の中の大学のあり方が今まさに問われています大学の市民社会への貢献知的財産の権利化等わかりやすい形での貢献が望まれています大学は何の「役に立つ」のかそして大学側もそれに答えなければならない風潮が高まっています俗に言う「アカウンタビリティー（説明責任）」が要求されています

しかし我々が希求する科学的知見の価値は「役に立つ」かどうかそれだけで測られるべきでないと強く信じて止みません特に基礎科学である物理学の研究によって得られた知識は長い歴史の中で培われた人類の共通の知的財産ですわれわれ物理学者の最も大切な役割は自然をより深く理解しそこで得られた知見を市民と共有することによって文化をより豊かなものにすることです

このためには地道に弛みなく研究を遂行しその環境の中で学生や院生を育くむその過程で物理の美しさや楽しさを感じることのできる卒業生を育て社会に送り出すこれを繰り返し長い時間をかけて「文化としての基礎科学（サイエンス）」を楽しむことのできるような社会を作るこれが我々のなすべき基本的活動だと考えますそのことと同時に勿論世界をリードする研究成果を大阪市立大学から発信し続けることに余念がなってはなりません

本年度もいろいろな「改革」が進みました物理学科の具体的な将来計画の検討が行われ教員の定員削減の一環としての昇任人事が進みました学生定員増が認められたとともに新たな推薦入試枠が設定されました評価に耐える大学をなすためにはいろいろな行動が必要かもしれませんしかし大学改革の行く末が見えないために疑心暗鬼となり目先の変わった事ばかりを重んじたり自分で自分に枷をはめたりするようなことは避けなければなりませんあたりまえのことを普通通りにするこれこそが最も重要なことだと思います大学を的確に評価できるのはそこで育った卒業生ではないでしょうか

本年度末（平成 17年 3月）に内藤清一助教授三尾野重義助教授中川道夫助教授の３先生が定年退職されました物理学科への長年に渡る貢献に深く感謝しています昨年度末に転出された宇宙高エネルギー物理学講座講師の吉越貴紀氏の後任に10 月より荻尾彰一氏が着任されましたまた平成 17年 4 月より有馬正樹氏矢野英雄氏杉﨑満氏が助教授に昇任されることが決まりました新しい体制で物理学科の教育研究活動が益々活性化して行くことを祈念しています

最後に本年度年次報告作成のお世話をしていただいた中尾憲一氏に感謝いたします

２００５年１２月 ２００４年度 物理学教室主任

橋本 秀樹

２００４年度　物理教室談話会

世話人坪田安井清矢

第１回新入生歓迎談話会

　日時４月１５日（木）

　場所理学部会議室

　講師唐沢　力　氏　（物性物理学講座光物性物理学研究室）

　題目「物理学教室へようこそ－ 私達の行っている研究－ 」

第２回物理教室談話会

　日時７月９日（金）

　場所理学部会議室

　講師川上　三郎　氏　（超高エネルギー宇宙粒子物理学研究室）

　題目「高エネルギー宇宙線の研究」

第３回物理教室談話会

　日時１２月２０日（月）

　場所理学部会議室

　講師櫻木　弘之　氏　（原子核理論研究室）

　題目「原子核構造研究の最近の進展」

第４回物理教室談話会（退職記念講演会）

　日時３月１８日（金）

　場所第２講義室

　１講師内藤　清一　氏　（素粒子論研究室）

　　　題目「超弦　Superstring」　２講師中川　道夫　氏　（宇宙素粒子実験物理学研究室）

　　　題目「気球実験における超長時間観測　－ ＰＰＢ－ 　について」

　３講師三尾野　重義　氏　（宇宙素粒子実験物理学研究室）

　　題目「活躍する小型加速器」

2

超低温物理学研究室

畑　　徹 教授

石川修六 助教授

矢野英雄 講師

小原　顕　 助手

中川久司(D5)半田　梓(M2)青木紀彦(M2)嘉戸隆介(M1)

研究概要1 超流動ヘリウム３中のエアロジェルの不純物効果

　エアロジェルは直径数ｎｍのシリカの紐が平均間隔数ｎｍから１００ｎｍの広い範囲で分布していて体積に占めるシリカの割合は数のものである超低温度ではヘリウム以外

の物質は固化しまた液体状態になるヘリウム４でもヘリウム３とは相分離するためにヘ

リウム３に不純物を入れることができないので超流動ヘリウム３の研究は完璧な純粋物質

としての研究の場であったしかしシリカの紐の平均間隔は超流動ヘリウム3のコヒーレン

ス長と同程度であるために超流動性が完全に壊れることはなく純粋な系に入った僅かな

不純物として振る舞う

1-1 ＮＭＲ法によるエアロジェル中の超流動ヘリウム３の相転移現象の研究（矢野石 　

　　　川畑嘉戸）

　空孔率９７５エアロジェル（不純物２５）を用いて核磁気共鳴法により超流動

相の秩序構造の同定と超流動状態の安定性について調べた３２bar以下の圧力下での超

流動相について調べた結果非一様な散乱モデルが転移温度の圧力変化不純物依存性を

良く説明し不純物効果としてこのモデルが有用であることを示した２４bar以上では

超流動相間の転移を観測した温度の降下上昇に対してこの転移は履歴現象を示しま

た冷却時昇温時ともに相転移に伴う共存現象も明らかになった共存の比率は履歴に

依存するがある温度幅以内では温度変化に対して共存が安定であるだけでなく比率も

変化しないことがわかった相境界が不純物のために自由に移動できないことを示してい

るまたパルスＮＭＲの結果より高温度側の相はバルク液体中のＡ相とは異なる凝縮

相であることが明らかになり理論的に提唱された新しい相の可能性がでてきた

1-2 第４音波法によるエアロジェル中の超流動ヘリウム３の不純物効果（小原石川

青木）

　エアロジェル中の超流動ヘリウム３の音波測定から超流動密度エネルギー損失を明ら

かにするために焼結銀中にエアロジェルを直接成長させたこの様な系にピエゾ素子

を圧力トランスデューサーに用いた第４音波測定法を用い系統的にエアロジェル空孔率

を変えた実験を行ったところ空孔率が小さいもの（不純物が多いもの）ほど超流動転移

温度超流動密度が抑制されることが明らかになったまた音波の損失の大きさは低温

では一定値になることが示されたこれは同時に行われた焼結銀のみのセルに対する結

果とは逆の性質であった損失が低温で一定になるということはヘリウム準粒子の平均

自由行程が低温で一定値になることを示しておりシリカの紐の平均間隔が自由行程の上

限を与えていることを示唆しているＮＭＲの測定で明らかになった超流動相関の転移に

起因する損失の履歴現象を初めて観測した

2 振動流中での超流動ヘリウム４量子渦のダイナミクス（矢野石川畑半田）

　　超流動ヘリウム中の超流動速場は位相の勾配で厳密に与えられ渦は秩序変数０の渦芯

（~１Å）とそのまわりを位相が２π変化する流れで構成され量子化されるこのため量子

渦は渦芯を糸と見なした準安定な構造を持つ渦糸の端は超流動中では存在せず端のな

3

いリング構造か両端が壁に付着した構造をとるリング構造の渦糸は消失するが両端が

壁に付着した渦糸はそのまま残り残留渦と呼ばれている

　　我々は振動子に付着した残留渦に着目している超伝導極微細線（NbTi 25 microm 直径）を用いた振動ワイヤーを開発した振動ワイヤーまわりの流れはワイヤーの速度が上がるに

つれ層流から乱流状態へ遷移しこれらの状態はある臨界速度できれいに分離する乱流状

態では速い流れのために付着渦が拡大しもつれ渦糸間の距離が接近したとき再結合が

起き渦糸リングと付着渦とに分かれると考えられる渦糸の拡大は Graberson Instability

として知られ拡大の始まる速度は渦糸の曲率と関係するすなわち臨界速度から付着渦の

サイズを推測することができるまた同じワイヤーで振動周波数を変えることに成功し

温度変化と併せて測定を行っている

３　回転する超流動ヘリウム３の研究（物性研京大との共同研究）（石川）

　　東京大学物性研究所に相互協力により完成した世界最高速度毎秒１回転で回転するサ

ブmK温度域の超低温度回転クライオスタットを用いて量子流体力学の研究を行っている昨

年度は次のプロジェクトについて研究を行った

　　超流動ヘリウム３中の渦状態は液中の１次元欠陥である回転実験装置を用いることに

より渦の生成消滅をコントロールすることができるバルク液体中では数種類の渦が観測さ

れている通常渦の周りの速度場は秩序波動関数の軌道部分の勾配で与えられ循環の量

子化現象は軌道部分での位相の量子化と関係している狭い隙間をもつ平行平板間の超流動

へリム３－Ａ相では軌道部分の波動関数が境界条件によって決まるため新しい渦構造が

可能となることが予想されているこの渦は波動関数のスピン部分をも含めて位相の量子化

が起こるだけでなく半整数の量子化が起こると考えられている非常に興味深いものである

幅１２micromの隙間を持つ平行平板内でこの半整数渦の観測を目指して実験を行った現時点では実験装置の不備もあり明確な証拠を得ていないしかし装置の回転が平行平板中の

超流動速度場にどのような変化をもたらすかについてＮＭＲの測定より理解が得られた

４ 熱音響冷凍機の開発（畑）

　　ループ型熱音響エンジンは熱エネルギーを音波エネルギーに変換するエンジンで圧

縮機などの機械を必要としないため長寿命という特徴を持っている可動部が全くないた

めメインテナンス不要使用ガスとしては特別なものは不用で空気でも可能であること熱

の再利用に用いると地球温暖化防止にも役立つことなどから環境に優しいエンジンとして

も期待されているものである小型のループ型の熱音響エンジンのデータ解析に基づき大

口径高出力のループ型熱音響エンジンとそれに直結させた冷凍機の建設が完了した最適

化の条件（冷凍機の取り付け位置スタックのサイズ形状加 熱温度等）を見出すため

に各場所での気体の仕事流熱流の解析を行っている

教育研究業績学術論文

1 H Nakagawa K Obara H Yano O Ishikawa and T Hata ldquoNMR Study of Superfluid Phasesof 3He confined in 975 Porous Silica Aerogelrdquo J Low Temp Phys 134 757-762 (2004)

2 K Kawasaki T Yoshida M Tarui H Nakagawa H Yano O Ishikawa and T Hata ldquoPhase-Transition Phenomena of 08 micro m Superfluid 3He Slabrdquo Phys Rev Lett 93 105301-1 ndash105301-4(2004)

3 M Yamashita A Matsubara R Ishiguro - - - O Ishikawa et al ldquoRotating Superfluid 3He in

Aerogelrdquo J Low Temp Phys 134 749-755(2004)4 R Ishiguro O Ishikawa M Yamashita et al ldquoVortex Formation and Annihilation in Three

Textures of Rotating Superfluid 3He ndashArdquo PhysRevLett 93 125301-1 ndash125301-4 (2004)

4

国際会議講演

1 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoImpurity Scattering Effects on Superfluid Phases in 3Hein 975 Porous Silica Aerogelrdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluids andSolids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

2 H Yano A Handa H Nakagawa et alldquoObservation of Laminar and Turbulent Flow inSuperfluid 4He using a Vibrating Wirerdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluidsand Solids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

3 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoPulsed NMR Study on A like phase of Superfluid 3He inlow porosity aerogelrdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluids and SolidsQFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

4 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoPressure dependence of the surface magnetization of3He on silica strands in aerogel immersed in liquid 3Herdquo(poster) The International Symposium onQuantum Fluids and Solids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

5 H Yano ldquoStudy of the turbulent flow in superfluid 4He using a vibrating wirerdquo (talk) TheSymposium on Superfluid Under Roration-2004 9-10 July 2004 the University of Trento Italy

6 O IshikawaldquoIntrinsic angular momentum in superfluid 3He -A in narrow cylindersrdquo (talk) TheSymposium on Superfluid Under Roration-2004 9-10 July 2004 the University of Trento Italy

7 H Yano ldquoStudy of the turbulent flow in Superfluid 4He using a vibrating wirerdquo (talk) Vortex andTurbulence in Classical and Quantum Fluids October 24-25 2004 the University of KyotoJapan

8 H Nakagawa R Kado K Obara H Yano O Ishikawa and T HataldquoNMR Studies on Liquid3He in aerogelrdquo(poster) Todai International Symposium 2004 and The ninth ISSP InternationalSymposium (ISSP-9) on Quantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid StatePhysics Japan

9 H YanoldquoObservation of Turbulent Flow in Superfluid 4He using a Vibrating Wirerdquo(talk) TodaiInternational Symposium 2004 and The ninth ISSP International Symposium (ISSP-9) onQuantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid State Physics Japan

10 M Yamashita K Izumina - - - O Ishikawa et al ldquoRotating Superfluid 3He-A in ParallelPlaterdquo(poster) Todai International Symposium 2004 and The ninth ISSP International Symposium(ISSP-9) on Quantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid State PhysicsJapan

11 O IshikawaldquoSpin Dynamics of Superfluid 3He in Aerogelrdquo(talk) ESF COSLAB NetworkConference 17-22 December 2004 Chamrousse Grenoble France

学会研究会講演

1 半田　梓「Vibrating Wire による4He超流動乱流の生成機構」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

2 中川久司「エアロジェル中超流動3Heにおける不純物散乱効果」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

3 石川修六「パルスＮＭＲによるエアロジェル中超流動3Heの研究」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

4 山下　穣「平行平板中の回転超流動ヘリウム３」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

5 矢野英雄「振動ワイヤーを用いた超流動ヘリウム中乱流の研究」　　非平衡系の統計物理シンポジウム　２００５年１月１９日~２１日　筑波大学

6 畑　徹「エアロジェル中の超流動ヘリウム３のA－B共存状態」　　日本物理学会　第６０回年次大会　東京理科大学

7 矢野英雄「Vibrating Wireによる4He超流動乱流の生成機構２」

　　日本物理学会　第６０回年次大会　東京理科大学

5

学位論文修士論文

1 半田　梓「Vibrating Wire法による 4He超流動乱流の生成機構」

博士論文

1 中川久司「エアロジェル中ｐ波超流動ヘリウム３」

研究助成金取得状況1 畑 徹受託研究岩谷瓦斯株式会社「熱音響発振器を使った冷凍機の開発」１００万円

2 畑 徹科学技術振興機構 先端計測分析技術機器開発事業「大気浮遊粒子用傾向Ｘ線

分析装置の開発」２００４年度分０円　(但し2004-2008年度全体では３７５０万円)

海外出張および海外研修1 石川修六イタリアトレント大学とフランスLPSENS2004年7月3~23日The International

Symposium of Quamtun Fluids and Solids QFS2004 およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004出席発表　および　研究打ち合わせ

2 矢野英雄the University of Trento Italy2004年7月3日~13日The International Symposiumon Quantum Fluids and Solids QFS-2004およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004　出席発表

3 畑　徹the University of Trento Italy2004年7月3日~13日The International Symposium onQuantum Fluids and Solids QFS-2004およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004　出席発表

4 石川修六Chamrousse Grenoble France　2004年12月17-22日 ESF COSLAB NetworkConference 招待講演

5 石川修六英国ロンドン大学(Royal Holloway) 2005年3月22日~9月２５日薄膜超流動ヘリウムに関する研究

その他1 畑　徹　2004年度　低温工学協会関西支部長2 石川修六2004年度　東京大学物性研究所客員助教授

6

光物性物理学唐沢　力 教授 謝　海燕 (D3) 大北健児 (M2) 上田祐士 (B4)

赤井一郎 助教授 岡田 明 (M1) 中村貴史 (B4)

鐘本勝一 助手 加藤 賢 (M1) 藤城明弘 (B4)

研究概要

1 層状結晶半導体中の高密度励起子の非線形光学応答 (大北赤井唐沢)

高密度励起子系において励起子間相互作用は励起子高密度相の物性を決定づけるそこで我々は励起子間に顕著な斥力相互作用を持つ層状結晶GaSe中の励起子系において励起子間相互作用の位相緩和への寄与に着目し縮退四光波混合(DFWM)スペクトルを調べたその結果DFWM信号の励起スペクトルに共鳴位置とその高低エネルギー両側に計 3つのピークを見出したこれらのピークのエネルギー間隔はGaSeの励起子系で顕著に観測される非弾性散乱過程によって交換されるエネルギーに相当するつまり励起子の非弾性散乱状態が関係する非線形光学過程がこの分裂したDFWM信号ピークを与えたものと考えた(StPetersburg 大学と共同研究)

2 高効率蛍光物質ヘキサキスピリジンチオラト銅結晶の光物性 (謝赤井唐沢)

ヘキサキスピリジンチオラト銅結晶 [Cu6(nL minusmpyt)6](nLは配位子の配置を示す)は高い発光効率とそのスペクトルが特異な温度依存性を示す特徴的な二つの緩和発光帯が銅クラスター内遷移と銅クラスターから配位子間の電荷移動型遷移によって現れること発光色の変化はこの二つの発光帯の熱活性過程による強度交替であることなどを明らかにしたまた時間分解発光スペクトルを調べ電荷移動型遷移発光帯が 2つの異なる減衰時定数をもった 2つの発光帯の重ね合わせとして観測されていることを明らかにしたこれらの励起子発光の温度依存性やダイナミクスは銅クラスター内遷移と電荷移動型遷移の 2つを考慮した配位座標モデルで説明できることを示した(物質分子系専攻分子設計学研究室と共同研究)

3 小型光捕集性デンドリマーの励起子ダイナミクス (赤井鐘本)

比較的低世代のデンドリマーにおいて光捕集性外周側鎖の光励起後の励起子の伝達ダイナミクスを調べたその結果これらの小型デンドリマーでは外周側鎖の光励起の後外周側鎖内部での振動緩和以前にコアへ励起子が伝達していることが明らかになったまたこれらの迅速な励起子のコアへの伝達を担う物理的機構はコアと光捕集性側鎖が結合する部分におけるそれらの電子励起子状態の波動関数の重なりによる短距離相互作用であると考えた(生体構造物性研究室ならびに信州大学繊維学部と共同研究)

4 デンドリマーにおけるエネルギー伝達の温度依存性 (岡田赤井鐘本)

光捕集性デンドリマーの光捕集アンテナは数多くの芳香環によって構成されておりそれらの芳香環が中心に位置するコア分子から外側に向かって枝分れしながら結合している形態をとるそのためこれらの光捕集アンテナ部分には多くの分子振動の自由度が存在し室温ではそれらの分子振動の自由度が比較的良く熱励起されていると考えられるこのような状況でも光捕集アンテナを光励起すると

7

極めて高い効率でコアへ励起子が伝達するのが光捕集性デンドリマーの特徴であるそこで励起子伝達ダイナミクスにおいて分子振動が担う役割を明らかにするためデンドリマーの励起子伝達ダイナミクスの温度依存性を調べたその結果試料を冷却して溶媒が凍結するとコアへの励起子伝達効率が著しく低下することが明らかになったこの顕著な温度依存性は室温で熱励起されている光捕集性アンテナ芳香環のねじれ振動が励起子の伝達に大きく寄与していることを意味する(生体構造物性研究室ならびに信州大学繊維学部と共同研究)

5 デンドリマーにおける励起子伝達の世代空間形態依存性 (加藤 赤井 鐘本)

光捕集性デンドリマーの光捕集アンテナを光励起すると高効率にコアへ励起子が伝達する特徴がありその伝達量子効率は光捕集アンテナの枝分れ世代数や空間形態に大きく依存することが知られているしかしそれらの励起子伝達の物理的機構は未だ系統的に理解されていないそこで光捕集アンテナが結合できる結合手を 4つ持ったコア分子に2sim4世代の枝分れ光捕集アンテナを3箇所に選択的に結合させた 34-m thデンドリマー (m = 2 sim 4光捕集アンテナの枝分れ世代数)の励起子伝達ダイナミクスを調べたその結果励起子のコアへの伝達量子効率が枝別れ世代数mの増加と共に若干低下する傾向が明らかになった(物質分子系専攻機能化学研究室と共同研究)

6 CdxMn1minusxTeCdyMg1minusyTe半導体量子井戸中のMn2+内遷移と励起子遷移 (赤井)

CdTe半導体にMnをドープするとCdサイトにMn2+が置換され共有性結合を形成するこのMn2+には d5電子が存在しMnを高密度にドープしたCdxMn1minusxTeとバリア層半導体CdyMg1minusyTe で量子井戸構造を形成するとCdxMn1minusxTeのバンド間を基礎とした励起子遷移と共存してそれぞれ特徴的な光学遷移を与える我々は原子数比で 40以上のMn2+をでドープした試料について量子井戸励起子とMn2+中 d5電子内遷移の発光を量子井戸厚を変化させた試料について系統的に調べたその結果特に数Kのネール温度以下の低温において高密度ドープした結果隣り合ったMn2+の d電子間の反強磁性相互作用が顕著になりそれを示す発光を見出した(StPetersburg 大学と共同研究)

7 Cu2O薄膜結晶の励起子スペクトル (赤井)

Cu2Oの最低励起子状態である para励起子は光学禁制で長い寿命を持ち高密度に集約させられる可能性を持つことから励起子系のボーズアインシュタイン凝縮が期待されている系であるそこで我々は空間的に励起子を閉じ込めやすいようにCu2O粉末を 2枚のMgO単結晶板で挟んでその間にCu2Oを溶解浸透させて作成したCu2O薄膜結晶を用意しその光学応答を調べたその結果吸収スペクトルでは黄色と緑色シリーズの励起子遷移が観測された一方発光スペクトルでは3本に分裂した ortho励起子発光とそれらのフォノンサイドバンド発光が観測されたこの分裂はMgOに挟むことによってCu2O薄膜結晶が歪みを受け分裂したものと考えた(大阪府立大学と共同研究)

8 自己形成CdTe量子点の励起子スペクトル (赤井)

ホットウォール法でZnTe上に自己形成させたCdTe量子点の光学応答とその温度変化を調べたその結果CdTe量子点に閉じ込められた励起子による発光と共に結晶成長時にCdTe量子点とバリア層ZnTeの間に形成されるCdTeぬれ層に束

8

縛された励起子の発光が観測されたまた試料作成時にCdTeの仕込み量が少ないCdTe量子点ではCdTe量子点の励起子発光が大きく高エネルギーシフトしZnTeのバンドギャップ近傍に現れたこの励起子発光の大きなブルーシフトはCdTeの仕込み量の少ない試料においてCdTeと ZnTeの混晶ぬれ層が形成されその結果CdxZn1minusxTe混晶半導体の量子点が形成されているためと考えた(山梨大学と共同研究)

9 π共役高分子のFETデバイスで誘起されるキャリアの研究 (鐘本)

近年π共役高分子を用いて電界効果トランジスタ (FET)特性が実現されることが報告されその応用に向けた研究が盛んになされているπ共役高分子として層構造を示すポリチオフェン誘導体ならびに大気中で安定なポリフルオレン誘導体に対して実際にトランジスタ動作を確認したそのデバイスに対してトランジスタ動作で誘起されるキャリアを吸収分光でとらえる実験を行い近赤外領域で特徴的な信号を観測したその信号は化学酸化で得られるキャリアに比べて低エネルギー領域に信号を有することが確認され高分子鎖間で広がった状態がキャリアとして働いていることが示唆された(University of Cambridgeとの共同研究)

10 長鎖チオフェンオリゴマーのポーラロンダイナミクス (鐘本)

π共役高分子はドープ状態で高い導電性を示しそのキャリアとして電子スピンを有するポーラロンが重要視されているそれら高分子のモデル化合物として長鎖オリゴマーを用いてESR特性を調べた特にそのESRスペクトルは高周波 (36 GHz)の実験において一般によく用いられるXバンド領域 (9 GHz)と線型及び線幅が顕著に異なるスペクトルを与えたこのことはポーラロンの運動の様子を異なる時間尺度で観測できたことを反映しており今後解析していくことでポーラロンダイナミクスについて詳細な情報が得られることが期待される(分子科学研究所との共同研究)

教育研究業績学術論文

1 H Xie I Kinoshita T Karasawa K Kimura T Nishioka I Akai K KanemotoldquoStructure Study and Luminescence Thermochromism in Hexanuclear 6-Methyl-2-Pyridinethiolato Copper(I) Crystalsrdquo

J Phys Chem B 109 pp9339-9345 (2005)

2 I Akai K Harai K Kouno T Karasawa ldquoPhotocalorimetric study on nonradiative relaxation processes and photolumines-cence quantum yields in Alq3 single crystalsrdquo

J Lumin 108 pp11ndash14 (2004)

3 H Xie M Tougezaka S Oishi I Kinoshita K Kanemoto I Akai T Karasawa ldquoLuminescence processes of hexanuclear methylpyridinethiolato-copper (I) crystalsrdquo

J Lumin 108 pp91ndash95 (2004)

4 V F Agekyan Yu A Stepanov I Akai T Karasava L E Vorobev D A FirsovA E Zhukov V M Ustinov A Zeilmeyer S Shmidt S Hanna E ZibikldquoLuminescence of Stepped Quantum Wells in GaAsGaAlAs and

9

InGaAsGaAsGaAlAs StructuresrdquoSemiconductors 38 pp565ndash571 (2004)

5 A Ito H Ino Y Matsui Y Hirao K Tanaka K Kanemoto T Kato ldquoA Bindschedlerrsquos Green-Based Arylamine Its Polycations with High-Spin Multi-plicityrdquo

J Phys Chem A 108 pp5715ndash5720 (2004)

国際会議会議録

1 I Akai K Watanabe K Yamashita K Kanemoto T Karasawa H HashimotoldquoExciton Dynamics in CdTeZnTe Quantum Dots Grown by Hot-Wall Expitaxyrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

2 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M KimuraldquoRapid Energy Transfer in Light-Harvesting Small Dendrimersrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

学会研究会講演

1 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢 力橋本秀樹木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

I-19 pp73ndash76 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

2 岡田 明赤井 一郎鐘本 勝一唐沢 力橋本 秀樹木村 睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

I-21 pp81ndash83 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

3 大北 健児丹治 淳鐘本 勝一赤井 一郎唐沢 力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

II-24 pp93ndash96 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

4 謝 海燕峠坂雅美加藤 賢木下 勇鐘本勝一赤井一郎唐沢 力「ヘキサキスピリジンチオラト銅 (I)錯体結晶の発光特性 (II)」

III-66 pp261ndash264 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

5 赤井一郎 岡田明 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

12pXD-12 第 4分冊 pp643日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

6 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

13pPSA-21 第 4分冊 pp660日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

7 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学応答スペクトル II」

24aPS-44 第 4分冊 pp668日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

10

8 岡田明 赤井一郎 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

24aPS-98 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

9 加藤賢赤井一郎鐘本勝一唐沢力大橋正和篠田哲史築部浩「光捕集性 3世代 34デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクス」

24aPS-99 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

その他

1 唐沢　力 　物理学教室談話会（新入生歓迎）　　　　　　　　　「私たちの行っている研究」　

2 唐沢　力　高大連携活動　市大授業　（2004年 5月 1日）　　　　　　　　　「大学で学ぶ物理 - 物理の面白さと必然性」

学位論文修士論文

1 大北健児 「 半導体GaSe結晶における高密度励起子の縮退四光波混合スペクトル」ldquoSpectra of High-Density Excitons in Semiconductor GaSe Crystal by Degenerate-Four-Wave Mixing Methodrdquo

博士論文

1 謝 海燕「 銅 (I)-クラスターを中心とする新規複合錯体化合物結晶の光励起状態とその緩和過程」ldquoPhoto-Excited States and Thier Relaxation Processes of Novel Cu(I)-Cluster-DominatedCoordination Compound Crystalsrdquo

研究助成金取得状況

1 唐沢 力 (代表者) 赤井一郎 鐘本勝一 飯田 武 鈴木正人文部省科学研究費補助金 基盤研究 (B-2) (課題番号14340095)(H14 6200千円 H15 4500千円 H16 1200千円)「半導体中に光学的に生成された量子凝縮相のダイナミックス」

海外出張および海外研修

1 鐘本勝一 「有機高分子を用いた最先端デバイス技術の習得及びその動作機構の解明」

Cavendish Laboratory Cambridge University UK Mar 2004 - Mar 2005

2 赤井一郎 6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter

(EXCONrsquo04) Cracow Poland 6-9 July 2004

11

生体構造物性研究室

橋本 秀樹 教授 丸山 稔 講師 杉﨑 満 講師

佐島 徳武 (PD) 藤井 律子 (PD) 柳 和宏 (D3学振PD)

西尾 友宏 (M2) 清水 麻登香 (M2) 和泉 拓朗 (M1) 楠本 利行 (M1) 下中 奨三 (M1) 藤原 正澄 (M1) 鈴木 聡 (B4) 重信 明孝 (B4) 若竹 伸幸 (B4)

研究概要

1 サブ10フェムト秒時間分解分光計測システムの構築とフェムト秒時間領域分光（杉﨑佐島橋本） 光合成反応系は生命の40億年とも言われる歴史に基づく自然選択の摂理により改良されてきた天然のエネルギー変換システムであるこの反応系は人類がこれまで構築し

た如何なるシステムよりも遥に速い変換速度（lt 100フェムト秒）で高効率のエネルギー変換（～100）を行うと考えられているそのため光合成反応系の初期過程のメカニズムを明らかにすることは基礎物理的にも応用的にも非常に重要である近年レーザ

ー技術の進歩により市販のレーザーを用いることで100フェムト秒程度の超短パルスを比較的簡単に手に入れることが可能となったしかし光合成系の初期過程を明らかに

するためにはそれよりも更に一桁以上時間分解能の良い光源の開発が必要不可欠となる

そのため我々の研究室ではチタンサファイア再生増幅器からのレーザー光を2つに分け一方を自己位相変調により白色光もう一方をBBO結晶を用いて第二高調波を発生させこれらの光の非同軸光パラメトリック増幅を行うシステムを構築した 今年度はフェムト秒再生増幅装置を励起光源とする非同軸光パラメトリック増幅器

（NOPA）2台の性能最適化を行った我々の持つ全てのノウハウを傾注しプリズム対およびチャープ鏡対を併用したパルス圧縮を行うことにより可視波長域（500sim750 nm）において最短6フェムト秒のパルス幅を持つ「本当の」フェムト秒光パルスの安定発生を達成した同レーザー光を用いてポンププローブ時間分解吸収分光縮退４光波混合計

測システムを構築した本レーザー装置の出力スペクトルに合致する吸収帯を持つ試料と

して極性カロテノイドアナログ及び共役二重結合数15を持つマクロカロテン分子についての時間領域分光計測を行ったいずれの試料においても過渡吸収変化にimpulsive stimulated Raman processに由来するコヒーレント振動が重畳した信号が観測された比較的干満な時間変化を示す極性カロテノイドアナログの場合は適当な窓関数を設定して

フーリエ変換を行うことによりコヒーレントフォノンモードの周波数及び強度の時間変

化が観測できた励起状態の位相緩和時間に対応すると考えられるコヒーレントフォノン

モードの減衰の時定数としてsim1 psが得られたこの値は観測している励起状態の寿命（sim2 ps）の半分程度の値を示している超高速な緩和を示すマクロカロテン分子においても同様なコヒレーントフォノン信号の時間変化が観測されたしかしながら本試料の場合

は時間領域に現れるコヒーレント振動が時間と共に変化する大変興味深い様相が確認さ

れたフーリエ変換を用いた従来どおりの解析はコヒーレント振動の時間変化が無い場

合に限り適応可能である上述の観測結果は単純なフーリエ解析の限界を打破する新た

な解析手法の創出が必須である事を示唆しているマクロカロテン分子に関してはポン

ププローブ分光の他４光波混合を用いた予備的な実験も行った

12

2 光合成光反応中心複合体におけるカロテノイドの構造安定化（橋本）

光合成系における機能発現には複数の光合成色素（カロテノイド及びクロロフィル）

がアポタンパク質により形成される反応場の中で空間的に規則正しく配列した色素蛋白

超分子複合体構造が密接に関係している特に光捕集光保護構造安定にはカロテノ

イド色素が重要な役割を果たしているこれまでに紅色光合成細菌Rhodobacter (Rb) sphaeroidesを中心に光保護作用に関する研究が数多くなされてきたこれはRb sphaeroidesがX線構造解析により蛋白の構造が解明されていることまたカロテノイド欠損株R-261と所望のカロテノイドを用いることにより人工の光反応中心を再構成できることなど興味深い研究の場を与えてくれることに起因するしかしながら光反応中

心に再構成されたカロテノイドが天然の物と同じ位置に取り込まれるかという最も基本

的かつ本質的な問題についてはこれまで明らかにされていなかった英国グラスゴー大

学及び米国コネチカット大学との共同研究によりRb sphaeroides R261の光反応中心にspheroideneや34-dihydrospheroideneを再構成した試料について高分解能X線構造解析を行ったその結果カロテノイドのバインディングサイトを明らかにすると共にフェニル

アラニンM162が門番の役目となりカロテノイドが一方向からのみ光反応中心に取り込まれていくという興味深い結果を得た更にトリプトファンM75が鍵の役目となりカロテノイドと水素結合することにより構造の安定化がなされていることを明らかにした

得られた結果を学術雑誌（Structure）にて公表した

3 アナログカロテノイドを再構築した光反応中心複合体の電場変調吸収分光（柳西尾清水橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と系外から有機合成により調製したアナログカロテノイドを再構築した人工のRCの電場変調吸収分光測定（室温及び低温）を行ったカロテノイド分子の有無により周囲に存在するバクテリオクロロフィル分子周辺の静電環境にどのような差異が生じる

のかを初めて定量化した室温（生理温度）で測定した場合カロテノイド分子から16 Aring離れて存在するスペシャルペアバクテリオクロロフィル分子の周辺の静電場にカロテノ

イド分子の有無により10 程度もの差異が生じることを明らかにした得られた成果を学術雑誌（J Phys Chem B）にて公表した

4 アナログカロテノイドを天然のアポ蛋白質に再構築した人工の光合成光反応中心複合体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本西尾橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と有機合成により調製した一連の共役鎖長を持つアナログカロテノイドを再構築した人工のRCのナノ秒時間分解吸収スペクトル測定を行った得られた吸収スペクトルデータのセットに対して特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを適用するこ

とにより極微弱な吸収スペクトル変化を精度良く検出することに成功した再構成RCに関する従来の研究では共役二重結合数（N）が9より少ないカロテノイドを再構築した場合光保護作用の発現のために必須のカロテノイドの三重項状態の生成が全く検出さ

れなかったが今回の我々の実験によりN=8およびN=9のカロテノイドを再構築したRCおいてもカロテノイドのT1 rarr Tn吸収スペクトルが観測できたこの結果はカロテノイ

ドの光保護作用の発現機構に関して従来概念を覆す画期的な成果であると考えられる 5 光合成膜中でのアンテナ色素蛋白複合体の超分子配置のその場観察（下中清水藤井橋本） 光合成細菌の光合成系は二種類のアンテナ色素蛋白複合体（LH1及びLH2）と光反応

中心（RC）の3つの色素蛋白複合体が有機的に結合した超分子配置を形成することにより生理機能を発現している平坦な光合成膜を持つ紅色光合成細菌Blc viridisから調製した

13

光合成膜試料に焦点を絞り画像計測の物差しを作成することを目的として研究を行った

Blc viridisにはアンテナ複合体としてLH1複合体のみしか存在しないことが知られている透過型電子顕微鏡（TEM）を用いた観測によりLH1複合体の直径10 nmに対応する環状の構造体が細密充填構造を取り配列している画像を取得した得られた画像をフーリエ変

換することにより三角格子構造を示唆する良好な回折パターンを得た回折点以外の余

分な成分を除去し逆フーリエ変換を行うことによりRC-LH1コア複合体の良好な画像を得ることに成功したこの画像データに対して統計処理を行ったところ環状構造体

の直径は98 plusmn 04 nm で分布しておりその中心にRCに対応する構造が観測されることからこの環状構造体がLH1複合体に帰属できることが明確となったまた各LH1リングは細密充填構造を取り配列しているが再隣接距離は約2 nm程度離れていることが明らかになった 単離生成したRC-LH1コア複合体をリン脂質二重層膜（Egg-PC）に再構築する方法を

確立したTEMを用いた観察（フーリエ解析）により再構成直後の人工光合成膜ではコア複合体は細密充填構造を取らず比較的ランダムに配列していた同試料の温度を上

下することで細密充填構造へ導けることが明らかになったこの結果はコア複合体の超

分子配列が制御可能であることを示唆しているコア複合体を再構築した人工光合成膜に

さらに他の種類の光合成細菌由来のLH2複合体を再構築した「本当の」人工光合成膜を作成すべく条件出し及びTEMによるその場観察を行っている

6 極性カロテノイドの同族体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本佐島橋本）

all-trans-レチナールと13-インダンジオンを縮合した2-all-trans-レチニリンデン-13-インダンジオン（RetInd）のTHF溶液に対して三重項増感励起によるナノ秒時間分解吸収分光測定を行った特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを用いたデータ解

析を行うことによりジカチオン状態に帰属できる過渡吸収バンドが特定できたカロテ

ノイド類ではTHFのような溶媒系（非重溶媒）でのラジカル生成は報告されておらずしかも三重項増感励起の際に見つかったこの特異な現象はカロテノイド（共役ポリエン

系）の電子構造を探索する上で重要な知見を与えていることが期待される

7 LH1アンテナ複合体の再構築とその電場変調吸収分光（鈴木藤井柳橋本） 紅色光合成細菌Rhodospirillum rubrumから共役二重結合鎖n = 13のカロテノイド（all-trans-spirilloxanthin）を単離精製した単離したカロテノイドをTriton X-100ミセル中でカロテノイドを除去したB880色素蛋白複合体の単量体サブユニットと再会合することによりRs rubrum LH1複合体を人為的に再構築した吸収スペクトル蛍光励起スペクトルおよび電場変調吸収スペクトルを測定することで再構成体と天然由来のLH1複合体についての比較検討を行ったLH1 complex再構成体はB880吸収帯が3 nm短波長シフトしている点とカロテノイド部分の振動構造がより明瞭になっている点を除けば天然体

と基本的に同様な吸収スペクトルを与えた蛍光励起スペクトルの測定によりカロテノ

イドからバクテリオクロロフィルへの励起エネルギー移動効率を決定したところ天然

LH1では35であったのに対し再構成LH1はこれより有意に高い40の効率を与えた電場変調吸収分光測定によってLH1複合体中のカロテノイド及びバクテリオクロロフィル分子の非線形光学パラメータ（光誘起分極率変化∆α光誘起双極子モーメント変化∆micro）を決定したところバクテリオクロロフィル分子では天然体と再構成体とで同様の値を与

えるのに対してカロテノイド分子では大きな差異が検出されたこの結果は再構成LH1複合体中のカロテノイド分子周辺の静電的環境が天然 LH1の場合とは明らかに異なっていることを示している電場変調吸収分光法は再構成体の構造に関して有意な情報を与

える分光学的手法であることが明らかになった 8 非線形光学材料の性能向上を目指した計測と評価（藤原丸山橋本）

大出力テラヘルツ電磁波（THz波）発生を実現するための有機非線形光学材料の性能評

14

価について種々の分光計測法を適用することにより多角的に検討を行った具体的な測

定対象となる有機非線形材料としては既に良好なTHz波発生が確認できている2-メチル-4-ニトロアニリン（MNA）誘導体について検討した 様々な置換基を有するN置換MNA誘導体の大量合成を行ったブリッジマン炉を用いた

融液からの結晶成長とゾーン精製による純化を行いこれらMNA誘導体からの良質な単結晶の作成を目指して勢力的に研究を展開した特に単結晶試料の透明性を追求し種々

の条件だしを行った得られた結晶の面方位はX線ラウエ法により評価した 結晶の2次非線形光学定数（dテンソル）の測定を行うための装置を作成して稼働し各

MNA誘導体結晶のdテンソル成分の相対値を決定したdテンソルの決定には第二高調波発生法を採用しその励起光源としてはNdYAGレーザーの基本波（1064 nm）を用いた結晶試料は回転ステージ上に固定し励起光の偏光（p偏光およびs偏光）に対して任意角度に回転角を設定できるようにした原理的に全部で27個あるdテンソル成分に関して結晶構造および結晶内における分子配置を考慮することにより測定結果をシミュレーシ

ョンするコンピュータプログラムの開発も平行して行った 以上の研究を通じて1）光学的に良質で大型のBNA単結晶の成長に成功した2）dテンソルの成分比を実験的に検証しdZZZ成分の異常な増大を観測した3）dZZZの異常な増

大は超分子クラスターを考えることで定性的に説明可能であることを明らかにした4）結晶中の水素結合によって形成されるネットワークがdテンソルに大きく影響を与える事を明らかにした目標である良質で大きな有機非線形光学結晶の開発と二次非線形感受

率テンソルの決定等の結晶面方位に即した物性評価をすることができ当初の計画を十分

満足する研究成果が得られた 9 氷六角板結晶の成長と融解の間に生じる非対称なパターン形成（丸山）

結晶にはミクロな構造的異方性があるために特定の方位の結晶面のみがマクロな結晶

外形を構成するすなわち成長形は成長速度の遅い方位の平面によって融解形は融解

速度の速い面によって囲まれるという法則がある両者は違った形になることが予測さ

れるがその関係をきちんと調べた例はほとんどないそこで氷と水の圧力下共存系を

対象にして系の温度を下げながら氷を成長させ温度を上げながら氷を融解させた得

られた成長形はプリズム面と基底面で囲まれた六角板状であるのに対して融解形は六角

形の角から優先的に解け出して定常状態では逆六角形を示したすなわち成長形が30度回転した相似形になったただしこれら六面はわずかに曲がったラフ方位の曲面である

従来融解形は角ばった先端から解け始め丸い定常形に落ち着くものと考えられていた

界面での成長融解の素過程を考慮した数理モデルを作ってこの非対称変化を定性的に

説明した 教育研究業績 学術論文 1 K Yanagi H Hashimoto AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the LH2

complex from Rhodobacter sphaeroides G1C frequency and temperature dependencerdquo J Phys Chem B 108 10334-10339 (2004)

2 H Hashimoto K Yanagi M Yoshizawa D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoThe Very Early Events Following Photoexcitation of Carotenoidsrdquo Arch Biochem Biophys 430 61-69 (2004)

3 H Hashimoto T Sashima K Yanagi and M Yoshizawa ldquoUltrafast Relaxation Processes of Photosynthetic Carotenoidsrdquo Rev Laser Engineer 32 701-710 (2004)

4 RJ Cogdell H Hashimoto and AT Gardiner ldquoPurple Bacterial Light-Harvesting Complexes

15

From Dreams to Structuresrdquo Photosynth Res 80 173-179 (2004) 5 W Wohlleben T Buckup H Hashimoto RJ Cogdell JL Herek and M Motzkus

ldquoPump-deplete-probe spectroscopy and the puzzle of carotenoid dark statesrdquo J Phys Chem B 108 3320-3325 (2004)

6 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of the inhomogeneous band-broadening on the nonlinear optical properties of hydrazonesrdquo Phys Rev B69 205103 (2004)

7 AW Roszak K McKendrick AT Gardiner IA Mitchell NW Isaacs RJ Cogdell H Hashimoto and HA Frank ldquoProtein Regulation of Carotenoid Binding Gatekeeper and Locking Amino Acid Residues in Reaction Centers of Rhodobacter sphaeroidesrdquo Structure 12 (2004) 765-773

8 T Nakajima H Nagasawa M Maruyama T Komatsu J Nelson ldquoMacroscopic crystallization of nanocrystals into supercrystalsrdquo Jpn J Appl Phys 43 1102-1103 (2004)

9 D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri K Yanagi H Hashimoto RJ Cogdell ldquoConjugation length dependence of internal conversion in carotenoids Role of the intermediate staterdquo Phys Rev Lett 93 163002 (2004)

10 D Kosumi H Hashimoto and M Yoshizawa ldquoPump Wavelength Dependence of Ultrafast Relaxation Kinetics in β-Carotenerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 29-31

11 RJ Cogdell H Hashimoto K Yanagi D Polli G Cerullo G Lanzani and S de Silvestri ldquoExcited Singlet States of Carotenoids and Their Involvement in Photosynthetic Light-Harvestingrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 60

12 S Hirota H Inoue A Teteishi H Hashimoto Y Tomita M Murakoshi T Nigo K Sekimoto J Yokoyama and H Funayama ldquoAssessment of Conjunctival Impression Cytology (CIC) Method of Beta-carotene and Canthaxanthin Fed Vitamin A Deficient Ratsrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 43-45

13 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of carotenoid on electrostatic environment around the bacteriochlorophyll special pair in the reaction center of the urple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 26-28

14 T Sashima I Matsuda K Misawa S Koshiara and H Hashimoto ldquoThe Control of Photoisomerization of All-Trans Retinal by Using Chirped Femtosecond Laser-Pulsesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 24-25

15 M Sugisaki T Sashima K Yanagi A Sugita and H Hashimoto ldquoStationary and Transient Optical Absorption Measurements in Polar Retinoid Analoguerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 20-23

16 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell H Hashimoto ldquoElectroabsorption spectroscopy of β-carotene homologs Anomalous enhancement of ∆micrordquo Phys Rev B71 195118 (2005)

17 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto JP Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8-13 conjugated double bonds as determined by electronic absorption spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 410 108-114 (2005)

18 D Kosumi K Yanagi T Nishio H Hashimoto M Yoshizawa ldquoExcitation energy dependence of excited states dynamics in all-trans-carotenes determined by femtosecond absorption and fluorescence spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 408 89-95 (2005)

19 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M Kimura ldquoRapid energy transfer in light-harvesting small dendrimersrdquo J Lumin 112 449-453 (2005)

20 K Kanemoto M Shishido T Sudo I Akai H Hashimoto T Karasawa ldquoConcentration-dependence of photoluminescence properties in polythiophene diluted in an inactive polymer matrixrdquo Chem Phys Lett 402 549-553 (2005)

21 K Yanagi M Shimizu H Hashimoto AT Gardiner AW Roszak RJ Cogdell ldquoLocal electrostatic field induced by the carotenoid bound to the reaction center of the purple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo J Phys Chem B 109 992-998 (2005)

22 M Maruyama ldquoRoughening transition of prism faces of ice crystals grown from melt under pressurerdquo J Crystal Growth 275 598-605 (2005)

国際会議会議録

16

1 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

2 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 363-367

3 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

国際会議講演 1 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and

reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

2 RJ Cogdell AT Gardiner S Prince TD Howard M Papiz H Hahsimoto K Yanagi HA Frank AW Roszak and NW Isaacs ldquoThe organisation of carotenoids in purple bacterial antenna complexes and reaction centres analysis of structure and functionrdquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

3 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

4 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

5 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

6 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoMolecular Architecture of Native and Reconstituted Pigment Protein Complexes of Purple Photosynthetic Bacteriardquo Open Workshop on Molecular Modified Electrodes for Clean Energy Conversion (2004 October 1) Panasonic Center Ariake Tokyo Japan

7 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on Materials Science and Nano-Engineering (2004 December 11-14) Osaka Univ Suita Osaka Japan

8 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto HA Frank RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet States of Carotenoids Having Shorter Conjugation Lengths Reconstituted into the Reaction Centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 Detected by Time-Resolved Absorption Spectroscopyrdquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

9 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner AW Roszak and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

10 H Hashimoto R Fujii K Yanagi A T Gardiner A W Roszak N W Issacs H A Frank and R J Cogdell ldquoStructures and functions of carotenoids bound to reaction centers from purple photosynthetic bacteriardquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17

11 R L Christensen H A Frank M Grace I Galinato E F Chu R Fujii and H Hashimoto ldquoThe optical spectroscopy of cis and trans polymers models for cis and trans carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

12 K Nakagawa R Fujii K Yanagi S Suzuki A T Gardiner R J Cogdell H Hashimoto and M Nango ldquoProbing the carotenoid in its biding site in a reconstituted light-harvesting complex 1 from the photosynthetic bacterium rhodospirillum rubrum with electroabsorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

13 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto and J-P Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8sim13 conjugated double bonds as determined by electro absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

14 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoExcitation energy dependence of relaxation kinetics and nonlinear optical responses in all-trans-carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

15 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto H A Frank R J Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet states of carotenoids having shorter conjugation lengths reconstituted into the reaction centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 detected by time-resolved absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

16 M Sugisaki K Yanagi R J Cogdell and H Hashimoto ldquoUltrafast coherent otical response in a β-carotene homologuerdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17 P Molnaacuter H Hashimoto G Toacuteth ldquoComparison of optical absorption- Raman- and FT-IR-spectroscopic data of several natural and semisynthetic (all-E)-carotenoisrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

18 R Nakamura P Wang R Fujii Y Koyama H Hashimoto and Y Kanematsu ldquoVibrational relaxation pathways in the electronic excited state of carotenoidrdquo 15th International Conference on Dynamical Processes in Exited States of Solids (2005 August 1-5) Shanghai China

19 H Hashimoto K Yanagi A T Gardiner A W Roszak and R J Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 6th International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors in Photosynthetic Organisms (2005 September 11-16) Lucerne Switzerland

学会研究会講演 1 赤井一郎中尾浩士鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「デンドリマー構造をもつ巨大分子の光励起ダイナミクスII」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

2 柳和宏AT GardinerRJ Cogdell橋本秀樹「光合成光反応中心複合体の電場変調吸収分光」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

3 佐島徳武楠本利行橋本秀樹「極性カロテノイド類のナノ秒時間分解吸収分光」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

4 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

5 小澄大輔橋本秀樹柳和宏小向牧人吉澤雅幸「フェムト秒分光を用いたカロテノイドのダイナミクスにおける励起光波長依存性」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

6 杉崎満佐島徳武杉田篤史橋本秀樹「極性カロテノイド類のフェムト秒分光 II」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

7 藤原正澄柳和宏丸山稔杉崎満黒柳和良高橋宏典青島紳一郎土屋裕橋本秀樹「N-benzyl MNA単結晶の二次非線型光学特性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

18

8 杉崎満柳和宏橋本秀樹「β-カロテンホモログ体における超高速光学応答」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

9 柳和宏杉崎満橋本秀樹「βカロテンホモログ体における電場変調吸収分光(II) 」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

10 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

11 小澄大輔小向牧人橋本秀樹吉澤雅幸「3準位電子系の超高速光学応答II波長可変励起光によるβ-カロテンの光誘起過渡吸収」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

12 丸山稔増田詩人「ファセット形成過程とラフ方位の曲率発展」第34回結晶成長国内会議 2004年8月25-27日 東京農工大学

13 Q WangY HanX WenP Hu廣田才之橋本秀樹「マウス免疫機能におけるカロテノイド類の効果」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

14 井上弘明本多由美子関本邦敏横山次郎上野隆嗣富田純史長田祥二橋本秀樹村越倫明廣田才之「ビタミンA欠乏系ラットに投与したカロフィルレッドカロフィルピンクの代謝の影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

15 吉澤雅幸小澄大輔小向牧人柳和宏橋本秀樹「共鳴および非共鳴励起によるβ-カロテンの初期緩和過程および超高速光学応答の研究」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

16 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「共役長が異なるカロテノイド類の超高速光学応答」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

17 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「短い共役鎖をもつカロテノイドの光保護作用－光反応中心複合体における三重項状態の検

出」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館 18 柳和宏橋本秀樹「βカロテンホモログ体の吸収スペクトルにあたえるexchange narrowingの影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

19 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「ポリエン共役長が異なるカロテノイド類の時間分解発光分光」日本物理学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス

20 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「光合成光反応中心複合体に再構築したカロテノイドへの三重項エネルギー移動」日本物理

学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス 21 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性Ⅱ」

22 A Cahoon M Maruyama and JS Wettlaufer ldquoGrowth-Melt Asymmetry in Icerdquo APS March Meeting March 21-25 2005 Los Angeles

解説 1 杉﨑 満ldquo測定法(8) ⎯顕微分光rdquo Optronics 11月号 (2004) pp180-188 2 橋本秀樹藤井律子杉﨑 満ldquo物質現象新技術(5) 有機バイオ-光合成アンテナ色素蛋白複合体カロテノイド超高速レーザー分光rdquo Optronics 5月号 (2005) pp159-169

その他 1 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント

19

制御」 2004年4月30日 立命館大学にて講演 2 橋本 秀樹「紅色光合成細菌の光反応中心及びコア複合体の構造」 2004年6月26日 「光合成細菌の色素系と反応中心に関するセミナーXII」（京都大学）にて講演

3 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント制御」 2004年7月23日 高エネルギー加速器研究機構にて講演

研究助成金取得状況 1 橋本 秀樹文部科学省萌芽研究「原子間力顕微鏡を用いた光合成アンテナ色素複合体超分子配置のイメージング」500万円

2 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(2)「人工光合成色素蛋白超分子複合体の動作機構の解明」1500万円

3 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(1)「カロテノイド励起状態中の振動緩和と光合成系におけるエネルギー伝達の研究」1500万円

4 橋本 秀樹NEDO国際共同研究プロジェクト「人工光合成アンテナとナノデバイス開発光合成アンテナ複合体の機能とナノデバイス開発のためのアンテナ複合体の組織化」

1500万円 5 橋本 秀樹科学技術振興機構さきがけ研究「光合成系の人為操作及び光反応制御」8000万円

6 橋本秀樹科学技術振興機構戦略的国際科学技術協力推進事業（日英協力）ナノ空間に配列させた光合成色素蛋白超分子複合体間における超高速励起エネルギー移動過程の

実時間動画撮影技術の確立」3000万円 7 杉﨑 満学術振興会若手研究(B)「光合成色素蛋白超分子複合体の単一分子超高速レーザー分光」50万円

8 杉﨑 満島津科学技術振興財団研究開発助成「青色極超短パルス光発生装置を用いた光合成コヒーレントプロセスの解明」80万円

海外出張および海外研修 1 橋本秀樹米国（Ventura Beach Marriottホテル）2004年1月3日～1月11日2004年度Gordon

Research Conference on Carotenoids への出席及び会議進行 2 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年6月5日～6月13日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

3 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年11月23日～12月3日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

4 橋本秀樹米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で集中講義コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

5 藤井律子米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で講義補助コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

その他 1 橋本秀樹日本物理学会 2003年度JPSJ編集委員 2 橋本秀樹日本カロテノイド研究会幹事役員Carotenoid Science編集委員長 3 橋本秀樹国際カロテノイド学会Council Member

20

素励 物理学研究室

坪田　誠　 教授

木　正人 講師

笠松　健一(PD)

R Hanninen(PD)

金本　理奈(PD)

西岡　圭太(D3)

小林未知数(D2)

三 　　 (D1)

星原　庸平(M1)

神野　大典(M1)

研究概要1 量子乱流のエネルギースペクトル（坪田小林）

　 年 流動乱流（量子乱流）と古典乱流の対応が注目されているボース凝縮の巨

視的波動関数が従うGross-Pitaevskii方程式の三次元数値 析を行い量子乱流が古

典乱流のもっとも代表的な統 則であるコルモゴロフ則を満たすことを示した 算は

全てフーリエ空間で行い大スケールの励 と小スケールの散逸を導入することで定

常乱流を作ったこれは古典乱流と同様のカスケード過程が量子乱流での存在すること

を示した初めての研究であるこの業績は読売新聞日経産業新聞で報道された

2 二成分ボース凝縮体のダイナミクスとテクスチャー（坪田笠松）

　前年度に引き続き二成分ボースアインシュタイン凝縮体に関する理論的研究を行い

２つの凝縮体の位相が結合した場合（内 ジョセフソン効果に相当）渦分子の形成を示

したまたスピンテクスチャーに関する研究を行った

3 交流 流動流れ場中の量子渦の運動（坪田Hanninen三 ）

　　　現在世界的に関心が持たれている振動細線によって作られる 流動乱流実験に関連

して簡単なピニングモデルによる交流流れ場中の量子渦の運動を調べた交流流れ

場の振動数に共鳴してケルビン波が励 され流れ場の強さを増すと多数の渦の再結

合および生成が こり実験結果と定性的に符合する結果を得た

4 回転下ボソン-フェルミオン混合状態（坪田金本）

　回転下の中性原子気体のボソン-フェルミオン混合状態の基底状態の研究を行い原

子間相互作用と回転振動数に応じてフェルミオンが様々な状態変化を行うことを明ら

かにしたこれらは量子ドット量子ホール効果に特徴的な状態を含みこれらの系

との興味深い対応を明らかにしている

5 ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体（坪田小林）

　バイコールグラスなどのナノスケールの多孔体に閉じ込められたヘリウム４を加圧し

た時に 流動- 流動の量子相転移が慶応大学のグループによって観測されたこ

の実験に関連して閉じ込めポテンシャル中の強相関ボース流体の研究を行いボース

凝縮体の局在に関する判定基準を新たに導入することで実験結果と定量的に良い一致

を得た

21

教育研究業績

学術論文

1 KKasamatsu MTsubota M Ueda ldquoVortex molecules in coherently coupled two-componentBose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev Lett 93 250406(1-4) (2004)

2 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of superfluid turbulence Numerical analysis of the Gross-Pitaevskii equation with a small-scale dissipationrdquo Phys Rev Lett 94 065302(1-4)(2005)

3 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoSymmetry breaking and enhanced condensate fraction in a matter-wave bright solitonrdquo Phys Rev Lett 94 090404(1-4)(2005)

4 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoSpin textures in rotating two-component Bose-Einsteincondensatesrdquo Phys Rev A71 043611(1-14)(2005)

5 K Kasamatsu M Machida N Sasa MTsubota ldquoThree-dimensional dynamics of vortex-latticeformation in Bose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev A71 063616(1-5) (2005)

6 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoVortices in Multicomponent Bose-Einstein CondensatesrdquoInt J Mod Phys B19 pp 1835-1904(2005) (Invited review article )

7 KKasamatsu MTsubota ldquoModulation Instability and Pattern Formation in Two-componentBose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 669-674(2005)

8 M Kobayashi MTsubota ldquoBose-Einstein Condensation and Superfluidity of Strongly Cor

related Bose Fluid in a Random Potentialrdquo J Low Temp Phys 138 pp189-194(2005)9 MTsubota K Kasamatsu ldquoDynamics of Quantized Vortices in Superfluid Helium and Rotating

Bose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 471-480(2005)10　R Hanninen A Mitani MTsubota ldquoSuperfluid 3He-B Vortex Simulations inside a Rotating

Cylinderrdquo J Low Temp Phys 138 pp 589-594(2005)11 R Kanamoto H Saito MTsubota M Ueda ldquoMany-Body Analysis of the Hess-Fairbank Effect

in One-Dimensional Bose-Einstein condensates with attractive interactions rdquo J Low TempPhys 138 pp 681-686(2005)

12 M Tsubota M Kobayashi ldquoKolmogorov spectrum of the Gross-Pitaevskii turbulencerdquo JPhysics and Chemistry of Solids 66 pp 1498-1500(2005)

13 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of quantum turbulence J Phys Soc Jpn 74pp 3248-3258 (2005)

14 K Nishioka M Suzuki ldquoDynamics of unidirectional exciton migration to the molecularperiphery in a photoexcited compact dendrimerrdquo J Chem Phys 122 024708(2005)

国際会議講演

1 MTsubotaldquoQuantized vortices in superfluid helium and Bose-Einstein condensates (Invited) The Third 21COE Symposium Astrophysics as Interdisciplinary Science Waseda Univeristy Tokyo Japan 2005 91-3

2 R Hanninen J Kopu EV Thuneberg MTsubota ldquoStability of Quantized Vortices UnderRotation Helically Twisted Vortex Bundlerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

3 AP Finne VB Eltsov G Eska R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoVortex Multiplication in Applied Flow the Precursor to Superfluid Turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

4 M Kobayashi ldquoInertial range of steady quantum turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

5 A Mitani ldquoCorrelation between Quantum Vortices and Eddies in Normal Fluid Turbulen

22

ce rdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005

8 18-206 M Tsubota M Kobayashi ldquoInertial Range and the Kolmogorov Spectrum of Quantum T

urbulencerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

7 AP Finne VB Eltsov R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoRelaxation of a Helical Vortex Clusterrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

8 VB Eltsov AP Finne R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoPropagation of Quantized Vorticity in a Rotating Columnrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

9 R Hanninen A Mitani and M Tsubota ldquoSimple Pinning Model for Vibrating Wire Turbulence in Superfluid Heliumrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

10 R Kanamoto M Tsubota ldquoEnergy Spectrum of Fermions in a Rotating Boson-Fermion Mixturerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

11 M Kobayashi M Tsubota ldquoLocalization of Bose-Einstein Condensation and Disappearance of Superfluidity of Strongly Correlated Bose fluid in a Confined Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

12 A Mitani R Hanninen M Tsubota ldquoCritical Velocity for Superfluid Turbulence at High Temperaturesrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics Universityof Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

13 H Takeuchi K Kasamatsu and M Tsubota ldquoVortex Structures in Rotating Two-component Bose-Einstein Condensates in an Anharmonic Trapping Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

14 M Tsubota ldquoQuantized vortices in Bose-Einstein condensatesrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

15 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoCenter-of-mass fluctuations in a matter-wave bright solitonrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

16 M Tsubota ldquoNumerical study of quantum turbulence (Invited)rdquo Conference on Vortex Rings and Filaments in Classical and Quantum Systems ICTP Trieste Italy 2005 6 6-8

17 M Tsubota ldquoWhat we can do from numerical studies (Invited)rdquo Workshop on New Experimental Techniques for the Study of Quantum Turbulence ICTP Trieste Italy 2005 6 9-10

学会研究会講演

1 小林未知数坪田誠「ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体におけるボース

凝縮の局在と 流動の消失」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

2 坪田誠「 流動ヘリウムおよび中性原子気体BECの量子流体力学」（招待講演） 日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

3 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転ボーズアインシュタイン凝縮系の3次

元渦糸シミュレーション」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

4 竹内宏光笠松健一坪田誠「 調和ポテンシャル中の回転2成分ボース凝縮体にお

23

ける渦構造」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

5 R Hanninen 三 坪田誠「Quantum turbulence around a vibrating wire」日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

6 　三 R Hanninen坪田誠「「速度に依存しない乱流遷移」は熱カウンター流で

も存在するか」日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

7 三 「 流動乱流と古典乱流の 似性相違性」第54回理論応用力学講演会（日

本学術会議 メカニクス構造研究連絡委員会主催）2005 1 25-27

8 三 「 流動ヘリウム中での乱流遷移」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱

流現象と力学系的縮約」2005 1 12-14

9 　小林未知数「量子流体における乱流現象とエネルギースペクトル Gross-Pitaevski

i方程式による 析」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱流現象と力学系的縮

約」2005 1 12-14

10 坪田誠「乱流の量子古典対応」（招待講演）九州大学応用力学研究所研究集会「乱

流研究の異分野融合と新たな創成」2005 6 16-18

11 　金本理奈坪田誠「回転ボースフェルミ混合系における量子渦とフェルミ原子の

相互作用」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

12 小林未知数坪田誠「Gross-Pitaevskii方程式による 流動乱流のエネルギースペ

クトルII」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

13 　三 坪田誠「常流体乱流中の量子渦ダイナミクスの統 的性 」日本物理学会

2005年秋季大会　同志社大学

14 　藤山将士R Hannienn坪田誠「量子渦糸と球状粒子の相互作用運動－ 流動乱

流の可視化に向けて」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

15 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転BEC系におけるエネルギー散逸と乱

流状態」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

学位論文

博士論文

1 西 岡 圭 太 「 樹 木 状 分 子 デ ン ド リ マ ー に お け る 振 動 エ ネ ル ギ ー 及び励 子の分子内移動ダイナミクス」

研究助成金取得状況1 坪田誠日本学術振興会基盤研究(B)「 流動ヘリウムおよび中性原子気体ボース凝

縮系における量子渦の物理」590万円

2 笠松健一日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

3 小林未知数日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

その他 1 坪田誠日本物理学会代議員

24

超高エネルギー研究室

川上三郎 教授 林 嘉夫 助教授 松山 利夫 技術職員(システム計測室)

小島 浩司 (D3) 田中 秀樹 (D3) 野中 敏幸 (D3) 大嶋 晃敏 (D1)

松本祐輔（M1） 松本慶一郎(M1) 清水伸明（M1） 奥田剛司（B4）

研究概要

1 宇宙粒子線による点源探索と加速機構の研究（川上林松山小島田中野中大嶋松本（慶）松本（祐）清水） インドデカン高原南部の Ootyでタタ基礎研究所との共同研究で表題の研究を行っ

ているこのために大規模空気シャワー観測装置の建設運転を継続中である現在

シンチレーション検出器（1m２）約 280台および４基のミューオン検出装置（合計 560m２＞1GeV）でデータ収集を行っておりデータを蓄積しつつ解析を進めている到来方向の角度精度の向上を図るために導入した粒子入射時刻較正システムを用いて較正を

行ったまた検出面積の拡張のためにファイバーを使った新しいシンチレーション検

出器 30台を製作し空気シャワーアレイに組み込んだこの様にして得られた空気シャワーの観測結果を解析した結果 1014～1015eV付近においては一次宇宙線の原子核組成が徐々に重い原子核が増加しているという新しい知見が得られたので学位論文（田中）

として公表した 2 太陽系近傍における宇宙線の異方性の研究（川上林松山小島田中野中大嶋 松本（慶）松本（祐）清水） Ootyの大規模空気シャワー観測装置の一部である４基のミューオン検出装置を用いて数十 GeVの一次宇宙線の時間変動を高精度で方向別に観測を続け約 3年間のデータの蓄積を得たこれらのデータの解析結果から太陽圏の周辺磁場の構造に関して重要な知

見が得られたので学位論文（小島）として公表した 3 L3+Cosmic実験（川上林） L3+C実験はＣＥＲＮ（ヨーロッパ高エネルギー物理学研究所）において LEP（Large Electron Collider）のＬ３実験で用いられた高エネルギーミューオンの運動量を精密に測定する装置を使用して宇宙線中の高エネルギーミューオン（15GeV～1TeV）の測定を行った実験装置 及び解析の結果は同研究所の L3C のホームページ

25

(httpl3cosmicscernch8000l3cwww)に紹介されている L3+C実験は完了していて現在はデータ解析とまとめが行われている解析の主なテーマとしては 1013ｅV～１0１６eVにおける一次宇宙線の化学的成分の測定50GeV～１TeVの大気ミューオンのエネルギースペクトラムミューオン荷電比月の影を利用した高

エネルギー宇宙線反陽子の強度観測太陽フレアに伴う GLE現象における高エネルギーミューオンの観測などが対象となっている解析の結果 20GeV～3000GeVの範囲の大気ミューオンについて高精度なエネルギースペクトラムが得られたのでそれを公表した

4 新しい日印宇宙線共同研究の検討（川上林） ヒマラヤのハンレーにおける高エネルギー宇宙線観測計画の可能性を調査検討する

ためにタタ研究所を訪れ今後の共同研究の進め方について議論を行ったその結果

出来るだけ早期に 3m口径のチェレンコフ望遠鏡を導入することが合意された 5宇宙線望遠鏡計画 (Telescope Array Project)（川上林田中野中松本（祐）松本（慶）清水奥田） 宇宙線望遠鏡計画は最高エネルギー領域（～＞1020eV）の宇宙線を広大な面積を持つ（～1000km2）空気シャワー観測装置をユタ州のミラード郡に設置し観測しようと

する計画である観測装置の建設には 4 年を要するこの宇宙線望遠鏡は空気シャワー観測装置としては世界最大であった AGASA（東京大学宇宙線研究所付属明野観にある超大空気シャワー観測装置現在は終了）の１０倍の規模を持ち統計精度の良いデータ

の収集が期待されている 地表検出器はシンチレーション検出器約 500 台を使用し主として大阪市立大学がこ

の部分の開発製作を担当しているこの他に大型の固定式蛍光望遠鏡３基により空

気シャワーが大気中を発達する様子を精密に測定し一次宇宙線の核種やエネルギーな

どを測定する平成 15年度から 6年間の予定で特定領域研究（科研費）が採択され東京大学宇宙線研究所を中心として多くの大学が参加しているエンジニアリングアレイ

として 20 台が製作されその内の 18 台が現地に展開され試験的にデータ収集を行う事が出来た

教育研究業績

学術論文 １PAchard SKGupta YHayashi SKawakami SCTonwar et al ldquoMeasurement of the atmospheric muon spectrum from 20 to 3000 GeVrdquo

Physics Letters B 598 15‒ 32 (2004) ２SKGupta YHayashi SKawakami HKojima TNonaka HTanaka SCTonwar

et al

26

ldquoGRAPES-3 A high-density air shower array for studies on the structure in the cosmic-ray energy spectrum near the kneerdquo

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 540 311-323 (2005)

学会研究会講演 日本物理学会 2004年秋季大会(2004年 9月) 高知大学 1 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（2） 2 川上三郎テレスコープアレイ計画 78地表検出器の総合試験の評価 日本物理学会 第 60回年次大会(2005年 3月) 東京理科大学 1 大嶋晃敏Ooty空気シャワー実験 20（検出器間の相対時刻較正Ⅳ） 2 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（3）

学位論文

博士論文 （Study of Cosmic Ray Sidereal Anisotropy with GRAPES-3 Muon

Telescopes） ( A Study of Nuclear Composition of Primary Cosmic Rays with GRAPES-3

Air Shower Experiment )

研究助成金取得状況

１ 林 嘉夫学術振興会基盤研究（B）（360万円） 「空気シャワーアレイ用粒子到来時刻較正システムによる角分解能向上の研究」 ２ 川上三郎学術振興会基盤研究Ｃ （50万円） 「大型ミューオンテレスコープによる太陽フレアと銀河宇宙線の異方性の研究」 ３川上三郎文部科学省特定研究 （10100万円） 「地表検出器の開発と AGASA検出器による較正」 ４川上三郎東京大学宇宙線研究所共同利用 （55万円） 「大型ミューオンテレスコープによる銀河宇宙線強度の観測」

海外出張および海外研修

１ 林 嘉夫インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と宇宙線化学組成の研究」 2004年8月7日－2004年10月5日

小島浩司 GRAPES-3 ミュオン望遠鏡による宇宙線恒星時異方性の研究 田中秀樹 GRAPES-3 空気シャワー実験による一次宇宙線原子核組成の研究

27

インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と

宇宙線化学組成の研究」2005年1月24日－2005年3月8日

２ 川上三郎インドタタ研究所インド天文物理学研究所 「新しい日印宇宙線共同研究についての打ち合わせ」2005年 1月 6日～17日

3川上三郎米国ユタ州ミラード郡 「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日

4奥田剛司米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作及び設置」 2004年 11月 15日～12月 23日 ５松山利夫米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日 ６大嶋晃敏インドタタ研究所 「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線

源と宇宙線化学組成の研究」 2004年9月16日－2005年1月10日

その他

1 川上三郎東京大学宇宙線研究所実施専門委員 2 川上三郎大阪大学附属核物理センター運営委員

28

高エネルギー物理学研究室

奥沢 徹 教授 清矢 良浩 助教授 山本 和弘 助手

平本 潤一(M2) 坂井 俊之(M2) 脇坂 隆之(M1)

東田 翼(B4)

研究概要 陽子反陽子衝突型加速器を用いた素粒子実験（奥沢清矢山本平本坂井脇坂） 米国フェルミ国立加速器研究所における日米協力研究の一環として陽子-反陽子衝突型加

速器テバトロンと汎用型素粒子検出器CDFを用いた実験を遂行したRun-Iのデータ収集は

すでに終了しており重心系衝突エネルギー18TeVにおいて積分ルミノシティ約109pbminus1の

データが蓄積されているそのデータを用いたヒッグス粒子の探索トップクォーク性質

の調査電弱相互作用の測定QCDの検証超対称性に関連する新粒子やR-Parityを破る現

象の探索などの実験の解析を行ってきたがそれら一連の解析は終了しつつある 本年度においても重心系衝突エネルギ

ー196TeV でのRun-IIデータ収集が順調

に継続中である加速器のビーム強度も本

年度は10倍以上に増強され積分ルミノシ

ティも2005 年3月現在で900pbminus1となった

この内磁気テープに保存されデータ解析

に使用可能な分が約700pbminus1となっている

(図1) この高統計データを用いたヒッグ

ス粒子の探索ボトムクォークやトップク

ォークの性質をさらに詳しく調べるため

の解析が精力的に進められ結果も出始め

ている（学術論文1-30)CDF Run-II検出

器の詳細については参考文献1を参照され

たい我々の研究室では本年度も検出器

各部の校正とデータ解析用の大容量ディ

スク装置の更なる整備を行い解析のため

の計算機能力増強が継続され主にヒッグス粒子やSUSY粒子探索を遂行している特に今

年度は中性ヒッグス粒子探索に於いて大きな進展があったのでここで紹介する 我々の研究室が担当しているヒッグス粒子の探索モードは 0 pp Wh WWW Xν νplusmn plusmnrarr rarr rarr (1)

というW ボゾン付随生成からのヒッグス粒子がWW へ崩壊し終状態に同符号の電荷を持つ

２つのレプトン(e または μ)が現れるというモードであるヒッグス粒子を除いた素粒子標

準模型ではこの「同符号電荷二重レプトン」という事象は非常に稀なため標準模型を越え

る素粒子探索には非常にシグナルノイズ比が良いという利点がある我々は2004年夏までに

蓄積された1935pbminus

1

図1CDFにおける積分ルミノシティ

1

cgt

のデータを用いて同符合電荷二重レプトンを持つ事象を選び出し様々

な吟味を加えた先ず種々の検出器からの応答からレプトンであるという同定を与えた後に

さらに２つのレプトンの横運動量 が p を満たすサンプルを集め

た結果得られた事象数は標準模型から得られる量と誤差の範囲で一致を見た特に図2

に示すようにヒッグス粒子に感度が高い領域(縦軸 が小さい方のレプトンの 横軸

２つのレプトン運動量のベクトル和の横成分)に於いて期待値095plusmn061(stat)plusmn018(s

yst)に対して検出数は0であったこのことから我々は

Tp 20 GeVTp cgt 6 GeVT

Tp Tp

0pp Whrarr の生成断面積と

の崩壊分岐比の積

0 h WWrarr0 0( ) (pp Wh Br h WWσ rarr sdot rarr ) に対する上限値を95の信頼度でハドロンコ

ライダーにおいて世界で始めて得ることに成功した(図3)(参考文献2) 論文は現在執筆中

である理論値に対してまだ２桁の開きがあるが現在さらに蓄積された1fbminus1のデータを解

29

析中であるまた図4は現在までにテバトロンで得られたヒッグス粒子探索全体の様子である

p0 20 40 60 80 100 120

0

10

20

30

40

50

60-11935 pbCDF Run II Preliminary

(GeVc)

eee

μμμμe

Expected 62plusmn 34

Region C

Expected 293plusmn 71Observed 30

Region B

Region A

Observed3

Expected 81plusmn 31Observed 12

Signal boxExpected 095plusmn 080Observed0

)2Higgs mass (GeVc

-11935 pbCDF Run II Preliminary

Cross section upper limit of WH signal

100 120 140 160 180 200100 120 140 160 180 20010

2

101

1

10

102

Observed 95 CL limit

SM higgs

Bosophilic higgs

図2最終的に得られた事象数に対する期待値との

比較

図3得られた断面積の上限値(95CL)と理論値と

の比較

10-2

10-1

1

10

110 120 130 140 150 160 170 180mH (GeV)

Tevatron Run II Preliminary

H WW() lνlνCDF 360 pb-1

H WW() lνlνD0 299-325 pb-1

SM gg H WW()

WH lνbbndash

CDF 319 pb-1

WH eνbbndash

D0 382 pb-1

SM WH Wbbndash

ZH ννndashbb

ndash

D0 261 pb-1

ZH ννndashbb

ndash

CDF 289 pb-1

SM ZH Zbbndash

WH WWWCDF 194 pb-1

WH WWWD0 363-384 pb-1

SM WH WWW

September 29 2005

図4現在までにTevatronで得られたヒッグス粒子探索の結果と理論予測

との比較 2 νμ―ντ振動実験（奥沢）

スイスジュネーブにある欧州共同利用原子核研究所(CERN)で行ったνμ―ντ振動実験の

解析を継続しているこの実験はニュートリノの質量の有無を調べることを主目的として

いる現在は原子核写乾板の画像解析もほぼ終了しているこの乾板中に記録された反応は

通常のν原子核反応としても扱えるのでこれを利用してチャームクォークの質量の精密計

測ν原子核反応前段面積の測定なども行っている（学術論文31-33）

30

図5シリコンマイクロストリップ飛跡検出器

Hダイバリオン及びペンタクォークの探索（山本） 高エネルギー加速器研究機構（つくば市）の陽子シンクロトロン施設においてK－ビームを

用いたΛΛ超重核探索実験(KEK-PS E373)のデータ解析作業を昨年度に引き続き進行中で

ある実験内容は昨年度の年次報告を参照されたい今年度はこれに加えて米国立ブルック

ヘブン研究所または現在茨城県東海村に建設中の文部科学省大強度陽子シンクロトロン施

設J-PARCで予定されている高統計の次期実験のためのシリコンマイクロストリップ飛跡検

出器の製作とテストを行った無事に実機の１号機(図5)は完成し宇宙線を使ったテストも

良好な結果を得ているまた同じく高エネルギ

ー加速器研究機構においてシンチレーティングフ

ァイバーブロック標的を用いたHダイバリオン共

鳴探索実験(KEK-PS E522)のデータ解析も続行

している（京都大学大阪大学東京理科大学

岐阜大学高エネルギー加速器研究機構との共同

研究）これはK－＋12CrarrΛ＋Λ＋K＋

3

＋X 反応を測

定しΛ＋Λ系の不変質量を再構成することによ

り(uuddss)の６クォーク状態と考えられているHダイバリオン共鳴状態を探索するものである以

前の実験でΛ＋Λ系の不変質量にピークらしいも

のが観測された(参考文献3)のを受けて高統計で

その真偽を確かめることを目的としている解析

は最終段階に入っておりプレリミナリな結果ではあるがやはり今回も理論で予測される

スペクトルよりも多少の超過が確認された(図6)この予想スペクトルに対する統計的優位性

は27σであるまたこの実験では同じセットアップを用いて π－＋prarrK－＋Θ＋rarrK－＋K＋＋n の反応を仮定してのペンタクォークΘ＋の探索も行われたΘ＋は( uudds )の５クォーク

状態として2003年に世界で始めて日本のSPring-8で発見され(参考文献4)その後ITEP(ロシ

ア)Jeffersonlab(米国)ELSA(ドイツ)等で追認され測定された質量は1530～1540MeVc

2である(参考文献567)しかしその多くがγ-核子反応からのものでハドロン反応での生

成はITEPでの泡箱写真解析による非常に少ない統計しかない状態であったので今回の

KEKでの実験となった入射π－の運動量は192GeVcであるデータ解析はp(π－K－)系でのmissing mass (喪失質量)を計算することで行いもし終状態に特定の粒子が出来ていれ

ばピークが立つはずである解析はほぼ終了しておりプレリミナリな結果として図7を得た

1530MeVc 2辺りにバンプが見られるバンプの中心値は1530 (stat) (syst)MeVc 2で

あるが統計的有意性は25σであり統計揺らぎの可能性も否定できないので今後のより

統計の高いデータが望まれる

+minus2219

+minus1913

Preliminary

図6ΛΛ不変質量分布 図7p(π－K－) 系の missing mass 分布

31

図8シンチレーティングファイバーブロック検出器で

得られたΣ＋p散乱の飛跡

4 ハイペロン－核子散乱断面積の測定（山本） これは山本が大学院時代から参加していた実験で今年度ようやくデータ解析が終了して

学術雑誌への発表も終わったのでその内容を紹介させて頂く核子－核子散乱データは今

日まで非常に多くの測定データが蓄積され

核子間相互作用の理解は非常に深まっている

がその反面同じバリオンであるΛΣ

Ξなどのハイペロンとの相互作用の研究は

その寿命の短さから来る実験データの少なさ

も相まって未だ発展途上にある言うまでも

ないがその先の目標はバリオン－バリオン

間相互作用の統一的理解であるそこで我々

は上記の3と同じ高エネルギー加速器研究機

構陽子シンクロトロン施設においてシンチ

レーティングファイバーブロック標的を用い

たΣ p 散乱断面積を求める実験を行い

(KEK-PS E289)そのデータ解析を行ってき

たΣ－p散乱に関しては既に発表済(参考文献

8)であるので今回はΣ＋p散乱の結果である

図8はシンチレーティングファイバーブロッ

ク標的で得られたΣ＋p散乱事象の例で実験

手法としては先ず167GeVc の入射π＋ビー

ムを使って得られた p(π＋K＋)Σ＋ 反応を探し出しそこでのΣ＋を今度は入射Σ＋ビーム

と見立てて陽子との散乱事象を測定するというものであるΣ＋の運動量が350MeVc ～750MeVc の範囲の断面積を求めたのもを図9に示す理論モデルとの比較においては

Nijmegenモデル(参考文献9)よりもRGMモデル(参考文献10)の方が近い結果を見せている

(学術論文34)

This work

(b)

This work

(a)f

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4u (cm) v (cm)

π+

K+

Σ+Σ+

pπ+

π+

K+

Σ+

Σ+

p

π+

図9Σ＋ｐrarrΣ＋ｐの弾性散乱断面積(a)Nijmegenモデルとの比較(b)RGMモデルとの比較 参考文献 1 DAcosta et al (CDF Collaboration) Phys Rev D 71 032001 (2005) 2 httpwww-cdffnalgovphysicsexoticr2a20041014lsdilep_whwww 3 J K Ahn et al (KEK-PS E224 Collaboration) Phys Lett B444 267 (1998) 4 T Nakano et al Phys Rev Lett 91 012002 (2003) 5 V V Barmin et al (DIANA Collaboration) PhysAtomNucl 66 1715 (2003) 6 V Kubarovsky et al (CLAS Collaboration) Phys Rev Lett 92 032001 (2004) 7 J Barth et al (SAPHIR Collaboration) Phys Lett B572 127 (2003) 8 Y Kondo et al (KEK-PS E289 Collaboration) Nucl Phys A676 371 (2000) 9 Th A Rijken V G J Stokes Y Yamamoto Phys Rev C 59 21 (1999) 10 Y Fujiwara K Miyagawa M Kohno Y Suzuki Phys Rev C 70 024001 (2004)

32

教育研究業績 学術論文 1 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Long-Lived Doubly-Charged

Higgs Bosons in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 071801 (2005)

2 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoFirst Evidence for 0sB φφrarr Decay and

Measurements of Branching Ration and A(CP) for B Kφ+ +rarr rdquo Phys Rev Lett 95 0 31801 (2005)

3 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Moments of the Hadronic Invariant Mass Distribution in Semileptonic B Decaysrdquo Phys Rev D 71 051103 (2005)

4 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Production Cross Section in

W W+ minus

pp Collisions at s = 196TeV using Dilepton Eventsrdquo Phys Rev Lett 94 211801 (2005)

5 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry from W eνrarr Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 051104 (2005)

6 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for ZZ and ZW Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 091105 (2005)

7 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the J ψ Meson and Hadron Production Cross Sections in

Bpp Collisions at s = 1960GeVrdquo Phys Rev D 71 032001

(2005)

8 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoAnalysis of Decay-Time Dependence of Angular Distributions in 0 SB J ψ φrarr and 0 d

0B J Kψrarr Decays and Measurement of the Lifetime Difference between Mass Eigenstatesrdquo Phys Rev Lett 94 101803 (2005) SB

9 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Cross Section for Prompt Diphoton Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 022003 (2005)

10 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Anomalous Kinematics in tt Dilepton Events at CDF IIrdquo Phys Rev Lett 95 022001 (2005)

11 K Hara T Okusawa K Yamamoto et al ldquoSensors for the CDF Run2B Silicon Detectorrdquo IEEE Trans Nucl Sci 51 1546-1554 (2004)

12 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurements of BB Azimuthal Production Correlations in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 092001 (2005)

13 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of the Boson Polarization in Top Decay at CDF at

Ws = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 031101 (2005) Erratum-ibid D 71 059901 (2005)

14 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry of Electron-Positron Pairs in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 052002 (2005)

15 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of Charged Particle Multiplicities in Gluon and Quark Jets in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev Lett 94 171802 (2005)

16 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Scalar Leptoquark Pairs Decaying to qqνν in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 112001 (2005) Erratum-ibid D 71 119901 (2005)

17 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Electroweak Single Top Quark Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 012005 (2005)

33

1

序

わが国の大学は大きな改革期にあり国立大学は大学法人として大きな一歩を踏み出しました公立大学も多くは法人化を目指しており大阪市立大学も平成 18 年 4 月の法人化に向けて着々と準備が進んでいます

大学改革の流れの中社会の中の大学のあり方が今まさに問われています大学の市民社会への貢献知的財産の権利化等わかりやすい形での貢献が望まれています大学は何の「役に立つ」のかそして大学側もそれに答えなければならない風潮が高まっています俗に言う「アカウンタビリティー（説明責任）」が要求されています

しかし我々が希求する科学的知見の価値は「役に立つ」かどうかそれだけで測られるべきでないと強く信じて止みません特に基礎科学である物理学の研究によって得られた知識は長い歴史の中で培われた人類の共通の知的財産ですわれわれ物理学者の最も大切な役割は自然をより深く理解しそこで得られた知見を市民と共有することによって文化をより豊かなものにすることです

このためには地道に弛みなく研究を遂行しその環境の中で学生や院生を育くむその過程で物理の美しさや楽しさを感じることのできる卒業生を育て社会に送り出すこれを繰り返し長い時間をかけて「文化としての基礎科学（サイエンス）」を楽しむことのできるような社会を作るこれが我々のなすべき基本的活動だと考えますそのことと同時に勿論世界をリードする研究成果を大阪市立大学から発信し続けることに余念がなってはなりません

本年度もいろいろな「改革」が進みました物理学科の具体的な将来計画の検討が行われ教員の定員削減の一環としての昇任人事が進みました学生定員増が認められたとともに新たな推薦入試枠が設定されました評価に耐える大学をなすためにはいろいろな行動が必要かもしれませんしかし大学改革の行く末が見えないために疑心暗鬼となり目先の変わった事ばかりを重んじたり自分で自分に枷をはめたりするようなことは避けなければなりませんあたりまえのことを普通通りにするこれこそが最も重要なことだと思います大学を的確に評価できるのはそこで育った卒業生ではないでしょうか

本年度末（平成 17年 3月）に内藤清一助教授三尾野重義助教授中川道夫助教授の３先生が定年退職されました物理学科への長年に渡る貢献に深く感謝しています昨年度末に転出された宇宙高エネルギー物理学講座講師の吉越貴紀氏の後任に10 月より荻尾彰一氏が着任されましたまた平成 17年 4 月より有馬正樹氏矢野英雄氏杉﨑満氏が助教授に昇任されることが決まりました新しい体制で物理学科の教育研究活動が益々活性化して行くことを祈念しています

最後に本年度年次報告作成のお世話をしていただいた中尾憲一氏に感謝いたします

２００５年１２月 ２００４年度 物理学教室主任

橋本 秀樹

２００４年度　物理教室談話会

世話人坪田安井清矢

第１回新入生歓迎談話会

　日時４月１５日（木）

　場所理学部会議室

　講師唐沢　力　氏　（物性物理学講座光物性物理学研究室）

　題目「物理学教室へようこそ－ 私達の行っている研究－ 」

第２回物理教室談話会

　日時７月９日（金）

　場所理学部会議室

　講師川上　三郎　氏　（超高エネルギー宇宙粒子物理学研究室）

　題目「高エネルギー宇宙線の研究」

第３回物理教室談話会

　日時１２月２０日（月）

　場所理学部会議室

　講師櫻木　弘之　氏　（原子核理論研究室）

　題目「原子核構造研究の最近の進展」

第４回物理教室談話会（退職記念講演会）

　日時３月１８日（金）

　場所第２講義室

　１講師内藤　清一　氏　（素粒子論研究室）

　　　題目「超弦　Superstring」　２講師中川　道夫　氏　（宇宙素粒子実験物理学研究室）

　　　題目「気球実験における超長時間観測　－ ＰＰＢ－ 　について」

　３講師三尾野　重義　氏　（宇宙素粒子実験物理学研究室）

　　題目「活躍する小型加速器」

2

超低温物理学研究室

畑　　徹 教授

石川修六 助教授

矢野英雄 講師

小原　顕　 助手

中川久司(D5)半田　梓(M2)青木紀彦(M2)嘉戸隆介(M1)

研究概要1 超流動ヘリウム３中のエアロジェルの不純物効果

　エアロジェルは直径数ｎｍのシリカの紐が平均間隔数ｎｍから１００ｎｍの広い範囲で分布していて体積に占めるシリカの割合は数のものである超低温度ではヘリウム以外

の物質は固化しまた液体状態になるヘリウム４でもヘリウム３とは相分離するためにヘ

リウム３に不純物を入れることができないので超流動ヘリウム３の研究は完璧な純粋物質

としての研究の場であったしかしシリカの紐の平均間隔は超流動ヘリウム3のコヒーレン

ス長と同程度であるために超流動性が完全に壊れることはなく純粋な系に入った僅かな

不純物として振る舞う

1-1 ＮＭＲ法によるエアロジェル中の超流動ヘリウム３の相転移現象の研究（矢野石 　

　　　川畑嘉戸）

　空孔率９７５エアロジェル（不純物２５）を用いて核磁気共鳴法により超流動

相の秩序構造の同定と超流動状態の安定性について調べた３２bar以下の圧力下での超

流動相について調べた結果非一様な散乱モデルが転移温度の圧力変化不純物依存性を

良く説明し不純物効果としてこのモデルが有用であることを示した２４bar以上では

超流動相間の転移を観測した温度の降下上昇に対してこの転移は履歴現象を示しま

た冷却時昇温時ともに相転移に伴う共存現象も明らかになった共存の比率は履歴に

依存するがある温度幅以内では温度変化に対して共存が安定であるだけでなく比率も

変化しないことがわかった相境界が不純物のために自由に移動できないことを示してい

るまたパルスＮＭＲの結果より高温度側の相はバルク液体中のＡ相とは異なる凝縮

相であることが明らかになり理論的に提唱された新しい相の可能性がでてきた

1-2 第４音波法によるエアロジェル中の超流動ヘリウム３の不純物効果（小原石川

青木）

　エアロジェル中の超流動ヘリウム３の音波測定から超流動密度エネルギー損失を明ら

かにするために焼結銀中にエアロジェルを直接成長させたこの様な系にピエゾ素子

を圧力トランスデューサーに用いた第４音波測定法を用い系統的にエアロジェル空孔率

を変えた実験を行ったところ空孔率が小さいもの（不純物が多いもの）ほど超流動転移

温度超流動密度が抑制されることが明らかになったまた音波の損失の大きさは低温

では一定値になることが示されたこれは同時に行われた焼結銀のみのセルに対する結

果とは逆の性質であった損失が低温で一定になるということはヘリウム準粒子の平均

自由行程が低温で一定値になることを示しておりシリカの紐の平均間隔が自由行程の上

限を与えていることを示唆しているＮＭＲの測定で明らかになった超流動相関の転移に

起因する損失の履歴現象を初めて観測した

2 振動流中での超流動ヘリウム４量子渦のダイナミクス（矢野石川畑半田）

　　超流動ヘリウム中の超流動速場は位相の勾配で厳密に与えられ渦は秩序変数０の渦芯

（~１Å）とそのまわりを位相が２π変化する流れで構成され量子化されるこのため量子

渦は渦芯を糸と見なした準安定な構造を持つ渦糸の端は超流動中では存在せず端のな

3

いリング構造か両端が壁に付着した構造をとるリング構造の渦糸は消失するが両端が

壁に付着した渦糸はそのまま残り残留渦と呼ばれている

　　我々は振動子に付着した残留渦に着目している超伝導極微細線（NbTi 25 microm 直径）を用いた振動ワイヤーを開発した振動ワイヤーまわりの流れはワイヤーの速度が上がるに

つれ層流から乱流状態へ遷移しこれらの状態はある臨界速度できれいに分離する乱流状

態では速い流れのために付着渦が拡大しもつれ渦糸間の距離が接近したとき再結合が

起き渦糸リングと付着渦とに分かれると考えられる渦糸の拡大は Graberson Instability

として知られ拡大の始まる速度は渦糸の曲率と関係するすなわち臨界速度から付着渦の

サイズを推測することができるまた同じワイヤーで振動周波数を変えることに成功し

温度変化と併せて測定を行っている

３　回転する超流動ヘリウム３の研究（物性研京大との共同研究）（石川）

　　東京大学物性研究所に相互協力により完成した世界最高速度毎秒１回転で回転するサ

ブmK温度域の超低温度回転クライオスタットを用いて量子流体力学の研究を行っている昨

年度は次のプロジェクトについて研究を行った

　　超流動ヘリウム３中の渦状態は液中の１次元欠陥である回転実験装置を用いることに

より渦の生成消滅をコントロールすることができるバルク液体中では数種類の渦が観測さ

れている通常渦の周りの速度場は秩序波動関数の軌道部分の勾配で与えられ循環の量

子化現象は軌道部分での位相の量子化と関係している狭い隙間をもつ平行平板間の超流動

へリム３－Ａ相では軌道部分の波動関数が境界条件によって決まるため新しい渦構造が

可能となることが予想されているこの渦は波動関数のスピン部分をも含めて位相の量子化

が起こるだけでなく半整数の量子化が起こると考えられている非常に興味深いものである

幅１２micromの隙間を持つ平行平板内でこの半整数渦の観測を目指して実験を行った現時点では実験装置の不備もあり明確な証拠を得ていないしかし装置の回転が平行平板中の

超流動速度場にどのような変化をもたらすかについてＮＭＲの測定より理解が得られた

４ 熱音響冷凍機の開発（畑）

　　ループ型熱音響エンジンは熱エネルギーを音波エネルギーに変換するエンジンで圧

縮機などの機械を必要としないため長寿命という特徴を持っている可動部が全くないた

めメインテナンス不要使用ガスとしては特別なものは不用で空気でも可能であること熱

の再利用に用いると地球温暖化防止にも役立つことなどから環境に優しいエンジンとして

も期待されているものである小型のループ型の熱音響エンジンのデータ解析に基づき大

口径高出力のループ型熱音響エンジンとそれに直結させた冷凍機の建設が完了した最適

化の条件（冷凍機の取り付け位置スタックのサイズ形状加 熱温度等）を見出すため

に各場所での気体の仕事流熱流の解析を行っている

教育研究業績学術論文

1 H Nakagawa K Obara H Yano O Ishikawa and T Hata ldquoNMR Study of Superfluid Phasesof 3He confined in 975 Porous Silica Aerogelrdquo J Low Temp Phys 134 757-762 (2004)

2 K Kawasaki T Yoshida M Tarui H Nakagawa H Yano O Ishikawa and T Hata ldquoPhase-Transition Phenomena of 08 micro m Superfluid 3He Slabrdquo Phys Rev Lett 93 105301-1 ndash105301-4(2004)

3 M Yamashita A Matsubara R Ishiguro - - - O Ishikawa et al ldquoRotating Superfluid 3He in

Aerogelrdquo J Low Temp Phys 134 749-755(2004)4 R Ishiguro O Ishikawa M Yamashita et al ldquoVortex Formation and Annihilation in Three

Textures of Rotating Superfluid 3He ndashArdquo PhysRevLett 93 125301-1 ndash125301-4 (2004)

4

国際会議講演

1 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoImpurity Scattering Effects on Superfluid Phases in 3Hein 975 Porous Silica Aerogelrdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluids andSolids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

2 H Yano A Handa H Nakagawa et alldquoObservation of Laminar and Turbulent Flow inSuperfluid 4He using a Vibrating Wirerdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluidsand Solids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

3 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoPulsed NMR Study on A like phase of Superfluid 3He inlow porosity aerogelrdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluids and SolidsQFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

4 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoPressure dependence of the surface magnetization of3He on silica strands in aerogel immersed in liquid 3Herdquo(poster) The International Symposium onQuantum Fluids and Solids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

5 H Yano ldquoStudy of the turbulent flow in superfluid 4He using a vibrating wirerdquo (talk) TheSymposium on Superfluid Under Roration-2004 9-10 July 2004 the University of Trento Italy

6 O IshikawaldquoIntrinsic angular momentum in superfluid 3He -A in narrow cylindersrdquo (talk) TheSymposium on Superfluid Under Roration-2004 9-10 July 2004 the University of Trento Italy

7 H Yano ldquoStudy of the turbulent flow in Superfluid 4He using a vibrating wirerdquo (talk) Vortex andTurbulence in Classical and Quantum Fluids October 24-25 2004 the University of KyotoJapan

8 H Nakagawa R Kado K Obara H Yano O Ishikawa and T HataldquoNMR Studies on Liquid3He in aerogelrdquo(poster) Todai International Symposium 2004 and The ninth ISSP InternationalSymposium (ISSP-9) on Quantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid StatePhysics Japan

9 H YanoldquoObservation of Turbulent Flow in Superfluid 4He using a Vibrating Wirerdquo(talk) TodaiInternational Symposium 2004 and The ninth ISSP International Symposium (ISSP-9) onQuantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid State Physics Japan

10 M Yamashita K Izumina - - - O Ishikawa et al ldquoRotating Superfluid 3He-A in ParallelPlaterdquo(poster) Todai International Symposium 2004 and The ninth ISSP International Symposium(ISSP-9) on Quantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid State PhysicsJapan

11 O IshikawaldquoSpin Dynamics of Superfluid 3He in Aerogelrdquo(talk) ESF COSLAB NetworkConference 17-22 December 2004 Chamrousse Grenoble France

学会研究会講演

1 半田　梓「Vibrating Wire による4He超流動乱流の生成機構」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

2 中川久司「エアロジェル中超流動3Heにおける不純物散乱効果」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

3 石川修六「パルスＮＭＲによるエアロジェル中超流動3Heの研究」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

4 山下　穣「平行平板中の回転超流動ヘリウム３」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

5 矢野英雄「振動ワイヤーを用いた超流動ヘリウム中乱流の研究」　　非平衡系の統計物理シンポジウム　２００５年１月１９日~２１日　筑波大学

6 畑　徹「エアロジェル中の超流動ヘリウム３のA－B共存状態」　　日本物理学会　第６０回年次大会　東京理科大学

7 矢野英雄「Vibrating Wireによる4He超流動乱流の生成機構２」

　　日本物理学会　第６０回年次大会　東京理科大学

5

学位論文修士論文

1 半田　梓「Vibrating Wire法による 4He超流動乱流の生成機構」

博士論文

1 中川久司「エアロジェル中ｐ波超流動ヘリウム３」

研究助成金取得状況1 畑 徹受託研究岩谷瓦斯株式会社「熱音響発振器を使った冷凍機の開発」１００万円

2 畑 徹科学技術振興機構 先端計測分析技術機器開発事業「大気浮遊粒子用傾向Ｘ線

分析装置の開発」２００４年度分０円　(但し2004-2008年度全体では３７５０万円)

海外出張および海外研修1 石川修六イタリアトレント大学とフランスLPSENS2004年7月3~23日The International

Symposium of Quamtun Fluids and Solids QFS2004 およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004出席発表　および　研究打ち合わせ

2 矢野英雄the University of Trento Italy2004年7月3日~13日The International Symposiumon Quantum Fluids and Solids QFS-2004およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004　出席発表

3 畑　徹the University of Trento Italy2004年7月3日~13日The International Symposium onQuantum Fluids and Solids QFS-2004およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004　出席発表

4 石川修六Chamrousse Grenoble France　2004年12月17-22日 ESF COSLAB NetworkConference 招待講演

5 石川修六英国ロンドン大学(Royal Holloway) 2005年3月22日~9月２５日薄膜超流動ヘリウムに関する研究

その他1 畑　徹　2004年度　低温工学協会関西支部長2 石川修六2004年度　東京大学物性研究所客員助教授

6

光物性物理学唐沢　力 教授 謝　海燕 (D3) 大北健児 (M2) 上田祐士 (B4)

赤井一郎 助教授 岡田 明 (M1) 中村貴史 (B4)

鐘本勝一 助手 加藤 賢 (M1) 藤城明弘 (B4)

研究概要

1 層状結晶半導体中の高密度励起子の非線形光学応答 (大北赤井唐沢)

高密度励起子系において励起子間相互作用は励起子高密度相の物性を決定づけるそこで我々は励起子間に顕著な斥力相互作用を持つ層状結晶GaSe中の励起子系において励起子間相互作用の位相緩和への寄与に着目し縮退四光波混合(DFWM)スペクトルを調べたその結果DFWM信号の励起スペクトルに共鳴位置とその高低エネルギー両側に計 3つのピークを見出したこれらのピークのエネルギー間隔はGaSeの励起子系で顕著に観測される非弾性散乱過程によって交換されるエネルギーに相当するつまり励起子の非弾性散乱状態が関係する非線形光学過程がこの分裂したDFWM信号ピークを与えたものと考えた(StPetersburg 大学と共同研究)

2 高効率蛍光物質ヘキサキスピリジンチオラト銅結晶の光物性 (謝赤井唐沢)

ヘキサキスピリジンチオラト銅結晶 [Cu6(nL minusmpyt)6](nLは配位子の配置を示す)は高い発光効率とそのスペクトルが特異な温度依存性を示す特徴的な二つの緩和発光帯が銅クラスター内遷移と銅クラスターから配位子間の電荷移動型遷移によって現れること発光色の変化はこの二つの発光帯の熱活性過程による強度交替であることなどを明らかにしたまた時間分解発光スペクトルを調べ電荷移動型遷移発光帯が 2つの異なる減衰時定数をもった 2つの発光帯の重ね合わせとして観測されていることを明らかにしたこれらの励起子発光の温度依存性やダイナミクスは銅クラスター内遷移と電荷移動型遷移の 2つを考慮した配位座標モデルで説明できることを示した(物質分子系専攻分子設計学研究室と共同研究)

3 小型光捕集性デンドリマーの励起子ダイナミクス (赤井鐘本)

比較的低世代のデンドリマーにおいて光捕集性外周側鎖の光励起後の励起子の伝達ダイナミクスを調べたその結果これらの小型デンドリマーでは外周側鎖の光励起の後外周側鎖内部での振動緩和以前にコアへ励起子が伝達していることが明らかになったまたこれらの迅速な励起子のコアへの伝達を担う物理的機構はコアと光捕集性側鎖が結合する部分におけるそれらの電子励起子状態の波動関数の重なりによる短距離相互作用であると考えた(生体構造物性研究室ならびに信州大学繊維学部と共同研究)

4 デンドリマーにおけるエネルギー伝達の温度依存性 (岡田赤井鐘本)

光捕集性デンドリマーの光捕集アンテナは数多くの芳香環によって構成されておりそれらの芳香環が中心に位置するコア分子から外側に向かって枝分れしながら結合している形態をとるそのためこれらの光捕集アンテナ部分には多くの分子振動の自由度が存在し室温ではそれらの分子振動の自由度が比較的良く熱励起されていると考えられるこのような状況でも光捕集アンテナを光励起すると

7

極めて高い効率でコアへ励起子が伝達するのが光捕集性デンドリマーの特徴であるそこで励起子伝達ダイナミクスにおいて分子振動が担う役割を明らかにするためデンドリマーの励起子伝達ダイナミクスの温度依存性を調べたその結果試料を冷却して溶媒が凍結するとコアへの励起子伝達効率が著しく低下することが明らかになったこの顕著な温度依存性は室温で熱励起されている光捕集性アンテナ芳香環のねじれ振動が励起子の伝達に大きく寄与していることを意味する(生体構造物性研究室ならびに信州大学繊維学部と共同研究)

5 デンドリマーにおける励起子伝達の世代空間形態依存性 (加藤 赤井 鐘本)

光捕集性デンドリマーの光捕集アンテナを光励起すると高効率にコアへ励起子が伝達する特徴がありその伝達量子効率は光捕集アンテナの枝分れ世代数や空間形態に大きく依存することが知られているしかしそれらの励起子伝達の物理的機構は未だ系統的に理解されていないそこで光捕集アンテナが結合できる結合手を 4つ持ったコア分子に2sim4世代の枝分れ光捕集アンテナを3箇所に選択的に結合させた 34-m thデンドリマー (m = 2 sim 4光捕集アンテナの枝分れ世代数)の励起子伝達ダイナミクスを調べたその結果励起子のコアへの伝達量子効率が枝別れ世代数mの増加と共に若干低下する傾向が明らかになった(物質分子系専攻機能化学研究室と共同研究)

6 CdxMn1minusxTeCdyMg1minusyTe半導体量子井戸中のMn2+内遷移と励起子遷移 (赤井)

CdTe半導体にMnをドープするとCdサイトにMn2+が置換され共有性結合を形成するこのMn2+には d5電子が存在しMnを高密度にドープしたCdxMn1minusxTeとバリア層半導体CdyMg1minusyTe で量子井戸構造を形成するとCdxMn1minusxTeのバンド間を基礎とした励起子遷移と共存してそれぞれ特徴的な光学遷移を与える我々は原子数比で 40以上のMn2+をでドープした試料について量子井戸励起子とMn2+中 d5電子内遷移の発光を量子井戸厚を変化させた試料について系統的に調べたその結果特に数Kのネール温度以下の低温において高密度ドープした結果隣り合ったMn2+の d電子間の反強磁性相互作用が顕著になりそれを示す発光を見出した(StPetersburg 大学と共同研究)

7 Cu2O薄膜結晶の励起子スペクトル (赤井)

Cu2Oの最低励起子状態である para励起子は光学禁制で長い寿命を持ち高密度に集約させられる可能性を持つことから励起子系のボーズアインシュタイン凝縮が期待されている系であるそこで我々は空間的に励起子を閉じ込めやすいようにCu2O粉末を 2枚のMgO単結晶板で挟んでその間にCu2Oを溶解浸透させて作成したCu2O薄膜結晶を用意しその光学応答を調べたその結果吸収スペクトルでは黄色と緑色シリーズの励起子遷移が観測された一方発光スペクトルでは3本に分裂した ortho励起子発光とそれらのフォノンサイドバンド発光が観測されたこの分裂はMgOに挟むことによってCu2O薄膜結晶が歪みを受け分裂したものと考えた(大阪府立大学と共同研究)

8 自己形成CdTe量子点の励起子スペクトル (赤井)

ホットウォール法でZnTe上に自己形成させたCdTe量子点の光学応答とその温度変化を調べたその結果CdTe量子点に閉じ込められた励起子による発光と共に結晶成長時にCdTe量子点とバリア層ZnTeの間に形成されるCdTeぬれ層に束

8

縛された励起子の発光が観測されたまた試料作成時にCdTeの仕込み量が少ないCdTe量子点ではCdTe量子点の励起子発光が大きく高エネルギーシフトしZnTeのバンドギャップ近傍に現れたこの励起子発光の大きなブルーシフトはCdTeの仕込み量の少ない試料においてCdTeと ZnTeの混晶ぬれ層が形成されその結果CdxZn1minusxTe混晶半導体の量子点が形成されているためと考えた(山梨大学と共同研究)

9 π共役高分子のFETデバイスで誘起されるキャリアの研究 (鐘本)

近年π共役高分子を用いて電界効果トランジスタ (FET)特性が実現されることが報告されその応用に向けた研究が盛んになされているπ共役高分子として層構造を示すポリチオフェン誘導体ならびに大気中で安定なポリフルオレン誘導体に対して実際にトランジスタ動作を確認したそのデバイスに対してトランジスタ動作で誘起されるキャリアを吸収分光でとらえる実験を行い近赤外領域で特徴的な信号を観測したその信号は化学酸化で得られるキャリアに比べて低エネルギー領域に信号を有することが確認され高分子鎖間で広がった状態がキャリアとして働いていることが示唆された(University of Cambridgeとの共同研究)

10 長鎖チオフェンオリゴマーのポーラロンダイナミクス (鐘本)

π共役高分子はドープ状態で高い導電性を示しそのキャリアとして電子スピンを有するポーラロンが重要視されているそれら高分子のモデル化合物として長鎖オリゴマーを用いてESR特性を調べた特にそのESRスペクトルは高周波 (36 GHz)の実験において一般によく用いられるXバンド領域 (9 GHz)と線型及び線幅が顕著に異なるスペクトルを与えたこのことはポーラロンの運動の様子を異なる時間尺度で観測できたことを反映しており今後解析していくことでポーラロンダイナミクスについて詳細な情報が得られることが期待される(分子科学研究所との共同研究)

教育研究業績学術論文

1 H Xie I Kinoshita T Karasawa K Kimura T Nishioka I Akai K KanemotoldquoStructure Study and Luminescence Thermochromism in Hexanuclear 6-Methyl-2-Pyridinethiolato Copper(I) Crystalsrdquo

J Phys Chem B 109 pp9339-9345 (2005)

2 I Akai K Harai K Kouno T Karasawa ldquoPhotocalorimetric study on nonradiative relaxation processes and photolumines-cence quantum yields in Alq3 single crystalsrdquo

J Lumin 108 pp11ndash14 (2004)

3 H Xie M Tougezaka S Oishi I Kinoshita K Kanemoto I Akai T Karasawa ldquoLuminescence processes of hexanuclear methylpyridinethiolato-copper (I) crystalsrdquo

J Lumin 108 pp91ndash95 (2004)

4 V F Agekyan Yu A Stepanov I Akai T Karasava L E Vorobev D A FirsovA E Zhukov V M Ustinov A Zeilmeyer S Shmidt S Hanna E ZibikldquoLuminescence of Stepped Quantum Wells in GaAsGaAlAs and

9

InGaAsGaAsGaAlAs StructuresrdquoSemiconductors 38 pp565ndash571 (2004)

5 A Ito H Ino Y Matsui Y Hirao K Tanaka K Kanemoto T Kato ldquoA Bindschedlerrsquos Green-Based Arylamine Its Polycations with High-Spin Multi-plicityrdquo

J Phys Chem A 108 pp5715ndash5720 (2004)

国際会議会議録

1 I Akai K Watanabe K Yamashita K Kanemoto T Karasawa H HashimotoldquoExciton Dynamics in CdTeZnTe Quantum Dots Grown by Hot-Wall Expitaxyrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

2 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M KimuraldquoRapid Energy Transfer in Light-Harvesting Small Dendrimersrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

学会研究会講演

1 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢 力橋本秀樹木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

I-19 pp73ndash76 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

2 岡田 明赤井 一郎鐘本 勝一唐沢 力橋本 秀樹木村 睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

I-21 pp81ndash83 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

3 大北 健児丹治 淳鐘本 勝一赤井 一郎唐沢 力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

II-24 pp93ndash96 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

4 謝 海燕峠坂雅美加藤 賢木下 勇鐘本勝一赤井一郎唐沢 力「ヘキサキスピリジンチオラト銅 (I)錯体結晶の発光特性 (II)」

III-66 pp261ndash264 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

5 赤井一郎 岡田明 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

12pXD-12 第 4分冊 pp643日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

6 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

13pPSA-21 第 4分冊 pp660日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

7 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学応答スペクトル II」

24aPS-44 第 4分冊 pp668日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

10

8 岡田明 赤井一郎 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

24aPS-98 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

9 加藤賢赤井一郎鐘本勝一唐沢力大橋正和篠田哲史築部浩「光捕集性 3世代 34デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクス」

24aPS-99 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

その他

1 唐沢　力 　物理学教室談話会（新入生歓迎）　　　　　　　　　「私たちの行っている研究」　

2 唐沢　力　高大連携活動　市大授業　（2004年 5月 1日）　　　　　　　　　「大学で学ぶ物理 - 物理の面白さと必然性」

学位論文修士論文

1 大北健児 「 半導体GaSe結晶における高密度励起子の縮退四光波混合スペクトル」ldquoSpectra of High-Density Excitons in Semiconductor GaSe Crystal by Degenerate-Four-Wave Mixing Methodrdquo

博士論文

1 謝 海燕「 銅 (I)-クラスターを中心とする新規複合錯体化合物結晶の光励起状態とその緩和過程」ldquoPhoto-Excited States and Thier Relaxation Processes of Novel Cu(I)-Cluster-DominatedCoordination Compound Crystalsrdquo

研究助成金取得状況

1 唐沢 力 (代表者) 赤井一郎 鐘本勝一 飯田 武 鈴木正人文部省科学研究費補助金 基盤研究 (B-2) (課題番号14340095)(H14 6200千円 H15 4500千円 H16 1200千円)「半導体中に光学的に生成された量子凝縮相のダイナミックス」

海外出張および海外研修

1 鐘本勝一 「有機高分子を用いた最先端デバイス技術の習得及びその動作機構の解明」

Cavendish Laboratory Cambridge University UK Mar 2004 - Mar 2005

2 赤井一郎 6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter

(EXCONrsquo04) Cracow Poland 6-9 July 2004

11

生体構造物性研究室

橋本 秀樹 教授 丸山 稔 講師 杉﨑 満 講師

佐島 徳武 (PD) 藤井 律子 (PD) 柳 和宏 (D3学振PD)

西尾 友宏 (M2) 清水 麻登香 (M2) 和泉 拓朗 (M1) 楠本 利行 (M1) 下中 奨三 (M1) 藤原 正澄 (M1) 鈴木 聡 (B4) 重信 明孝 (B4) 若竹 伸幸 (B4)

研究概要

1 サブ10フェムト秒時間分解分光計測システムの構築とフェムト秒時間領域分光（杉﨑佐島橋本） 光合成反応系は生命の40億年とも言われる歴史に基づく自然選択の摂理により改良されてきた天然のエネルギー変換システムであるこの反応系は人類がこれまで構築し

た如何なるシステムよりも遥に速い変換速度（lt 100フェムト秒）で高効率のエネルギー変換（～100）を行うと考えられているそのため光合成反応系の初期過程のメカニズムを明らかにすることは基礎物理的にも応用的にも非常に重要である近年レーザ

ー技術の進歩により市販のレーザーを用いることで100フェムト秒程度の超短パルスを比較的簡単に手に入れることが可能となったしかし光合成系の初期過程を明らかに

するためにはそれよりも更に一桁以上時間分解能の良い光源の開発が必要不可欠となる

そのため我々の研究室ではチタンサファイア再生増幅器からのレーザー光を2つに分け一方を自己位相変調により白色光もう一方をBBO結晶を用いて第二高調波を発生させこれらの光の非同軸光パラメトリック増幅を行うシステムを構築した 今年度はフェムト秒再生増幅装置を励起光源とする非同軸光パラメトリック増幅器

（NOPA）2台の性能最適化を行った我々の持つ全てのノウハウを傾注しプリズム対およびチャープ鏡対を併用したパルス圧縮を行うことにより可視波長域（500sim750 nm）において最短6フェムト秒のパルス幅を持つ「本当の」フェムト秒光パルスの安定発生を達成した同レーザー光を用いてポンププローブ時間分解吸収分光縮退４光波混合計

測システムを構築した本レーザー装置の出力スペクトルに合致する吸収帯を持つ試料と

して極性カロテノイドアナログ及び共役二重結合数15を持つマクロカロテン分子についての時間領域分光計測を行ったいずれの試料においても過渡吸収変化にimpulsive stimulated Raman processに由来するコヒーレント振動が重畳した信号が観測された比較的干満な時間変化を示す極性カロテノイドアナログの場合は適当な窓関数を設定して

フーリエ変換を行うことによりコヒーレントフォノンモードの周波数及び強度の時間変

化が観測できた励起状態の位相緩和時間に対応すると考えられるコヒーレントフォノン

モードの減衰の時定数としてsim1 psが得られたこの値は観測している励起状態の寿命（sim2 ps）の半分程度の値を示している超高速な緩和を示すマクロカロテン分子においても同様なコヒレーントフォノン信号の時間変化が観測されたしかしながら本試料の場合

は時間領域に現れるコヒーレント振動が時間と共に変化する大変興味深い様相が確認さ

れたフーリエ変換を用いた従来どおりの解析はコヒーレント振動の時間変化が無い場

合に限り適応可能である上述の観測結果は単純なフーリエ解析の限界を打破する新た

な解析手法の創出が必須である事を示唆しているマクロカロテン分子に関してはポン

ププローブ分光の他４光波混合を用いた予備的な実験も行った

12

2 光合成光反応中心複合体におけるカロテノイドの構造安定化（橋本）

光合成系における機能発現には複数の光合成色素（カロテノイド及びクロロフィル）

がアポタンパク質により形成される反応場の中で空間的に規則正しく配列した色素蛋白

超分子複合体構造が密接に関係している特に光捕集光保護構造安定にはカロテノ

イド色素が重要な役割を果たしているこれまでに紅色光合成細菌Rhodobacter (Rb) sphaeroidesを中心に光保護作用に関する研究が数多くなされてきたこれはRb sphaeroidesがX線構造解析により蛋白の構造が解明されていることまたカロテノイド欠損株R-261と所望のカロテノイドを用いることにより人工の光反応中心を再構成できることなど興味深い研究の場を与えてくれることに起因するしかしながら光反応中

心に再構成されたカロテノイドが天然の物と同じ位置に取り込まれるかという最も基本

的かつ本質的な問題についてはこれまで明らかにされていなかった英国グラスゴー大

学及び米国コネチカット大学との共同研究によりRb sphaeroides R261の光反応中心にspheroideneや34-dihydrospheroideneを再構成した試料について高分解能X線構造解析を行ったその結果カロテノイドのバインディングサイトを明らかにすると共にフェニル

アラニンM162が門番の役目となりカロテノイドが一方向からのみ光反応中心に取り込まれていくという興味深い結果を得た更にトリプトファンM75が鍵の役目となりカロテノイドと水素結合することにより構造の安定化がなされていることを明らかにした

得られた結果を学術雑誌（Structure）にて公表した

3 アナログカロテノイドを再構築した光反応中心複合体の電場変調吸収分光（柳西尾清水橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と系外から有機合成により調製したアナログカロテノイドを再構築した人工のRCの電場変調吸収分光測定（室温及び低温）を行ったカロテノイド分子の有無により周囲に存在するバクテリオクロロフィル分子周辺の静電環境にどのような差異が生じる

のかを初めて定量化した室温（生理温度）で測定した場合カロテノイド分子から16 Aring離れて存在するスペシャルペアバクテリオクロロフィル分子の周辺の静電場にカロテノ

イド分子の有無により10 程度もの差異が生じることを明らかにした得られた成果を学術雑誌（J Phys Chem B）にて公表した

4 アナログカロテノイドを天然のアポ蛋白質に再構築した人工の光合成光反応中心複合体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本西尾橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と有機合成により調製した一連の共役鎖長を持つアナログカロテノイドを再構築した人工のRCのナノ秒時間分解吸収スペクトル測定を行った得られた吸収スペクトルデータのセットに対して特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを適用するこ

とにより極微弱な吸収スペクトル変化を精度良く検出することに成功した再構成RCに関する従来の研究では共役二重結合数（N）が9より少ないカロテノイドを再構築した場合光保護作用の発現のために必須のカロテノイドの三重項状態の生成が全く検出さ

れなかったが今回の我々の実験によりN=8およびN=9のカロテノイドを再構築したRCおいてもカロテノイドのT1 rarr Tn吸収スペクトルが観測できたこの結果はカロテノイ

ドの光保護作用の発現機構に関して従来概念を覆す画期的な成果であると考えられる 5 光合成膜中でのアンテナ色素蛋白複合体の超分子配置のその場観察（下中清水藤井橋本） 光合成細菌の光合成系は二種類のアンテナ色素蛋白複合体（LH1及びLH2）と光反応

中心（RC）の3つの色素蛋白複合体が有機的に結合した超分子配置を形成することにより生理機能を発現している平坦な光合成膜を持つ紅色光合成細菌Blc viridisから調製した

13

光合成膜試料に焦点を絞り画像計測の物差しを作成することを目的として研究を行った

Blc viridisにはアンテナ複合体としてLH1複合体のみしか存在しないことが知られている透過型電子顕微鏡（TEM）を用いた観測によりLH1複合体の直径10 nmに対応する環状の構造体が細密充填構造を取り配列している画像を取得した得られた画像をフーリエ変

換することにより三角格子構造を示唆する良好な回折パターンを得た回折点以外の余

分な成分を除去し逆フーリエ変換を行うことによりRC-LH1コア複合体の良好な画像を得ることに成功したこの画像データに対して統計処理を行ったところ環状構造体

の直径は98 plusmn 04 nm で分布しておりその中心にRCに対応する構造が観測されることからこの環状構造体がLH1複合体に帰属できることが明確となったまた各LH1リングは細密充填構造を取り配列しているが再隣接距離は約2 nm程度離れていることが明らかになった 単離生成したRC-LH1コア複合体をリン脂質二重層膜（Egg-PC）に再構築する方法を

確立したTEMを用いた観察（フーリエ解析）により再構成直後の人工光合成膜ではコア複合体は細密充填構造を取らず比較的ランダムに配列していた同試料の温度を上

下することで細密充填構造へ導けることが明らかになったこの結果はコア複合体の超

分子配列が制御可能であることを示唆しているコア複合体を再構築した人工光合成膜に

さらに他の種類の光合成細菌由来のLH2複合体を再構築した「本当の」人工光合成膜を作成すべく条件出し及びTEMによるその場観察を行っている

6 極性カロテノイドの同族体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本佐島橋本）

all-trans-レチナールと13-インダンジオンを縮合した2-all-trans-レチニリンデン-13-インダンジオン（RetInd）のTHF溶液に対して三重項増感励起によるナノ秒時間分解吸収分光測定を行った特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを用いたデータ解

析を行うことによりジカチオン状態に帰属できる過渡吸収バンドが特定できたカロテ

ノイド類ではTHFのような溶媒系（非重溶媒）でのラジカル生成は報告されておらずしかも三重項増感励起の際に見つかったこの特異な現象はカロテノイド（共役ポリエン

系）の電子構造を探索する上で重要な知見を与えていることが期待される

7 LH1アンテナ複合体の再構築とその電場変調吸収分光（鈴木藤井柳橋本） 紅色光合成細菌Rhodospirillum rubrumから共役二重結合鎖n = 13のカロテノイド（all-trans-spirilloxanthin）を単離精製した単離したカロテノイドをTriton X-100ミセル中でカロテノイドを除去したB880色素蛋白複合体の単量体サブユニットと再会合することによりRs rubrum LH1複合体を人為的に再構築した吸収スペクトル蛍光励起スペクトルおよび電場変調吸収スペクトルを測定することで再構成体と天然由来のLH1複合体についての比較検討を行ったLH1 complex再構成体はB880吸収帯が3 nm短波長シフトしている点とカロテノイド部分の振動構造がより明瞭になっている点を除けば天然体

と基本的に同様な吸収スペクトルを与えた蛍光励起スペクトルの測定によりカロテノ

イドからバクテリオクロロフィルへの励起エネルギー移動効率を決定したところ天然

LH1では35であったのに対し再構成LH1はこれより有意に高い40の効率を与えた電場変調吸収分光測定によってLH1複合体中のカロテノイド及びバクテリオクロロフィル分子の非線形光学パラメータ（光誘起分極率変化∆α光誘起双極子モーメント変化∆micro）を決定したところバクテリオクロロフィル分子では天然体と再構成体とで同様の値を与

えるのに対してカロテノイド分子では大きな差異が検出されたこの結果は再構成LH1複合体中のカロテノイド分子周辺の静電的環境が天然 LH1の場合とは明らかに異なっていることを示している電場変調吸収分光法は再構成体の構造に関して有意な情報を与

える分光学的手法であることが明らかになった 8 非線形光学材料の性能向上を目指した計測と評価（藤原丸山橋本）

大出力テラヘルツ電磁波（THz波）発生を実現するための有機非線形光学材料の性能評

14

価について種々の分光計測法を適用することにより多角的に検討を行った具体的な測

定対象となる有機非線形材料としては既に良好なTHz波発生が確認できている2-メチル-4-ニトロアニリン（MNA）誘導体について検討した 様々な置換基を有するN置換MNA誘導体の大量合成を行ったブリッジマン炉を用いた

融液からの結晶成長とゾーン精製による純化を行いこれらMNA誘導体からの良質な単結晶の作成を目指して勢力的に研究を展開した特に単結晶試料の透明性を追求し種々

の条件だしを行った得られた結晶の面方位はX線ラウエ法により評価した 結晶の2次非線形光学定数（dテンソル）の測定を行うための装置を作成して稼働し各

MNA誘導体結晶のdテンソル成分の相対値を決定したdテンソルの決定には第二高調波発生法を採用しその励起光源としてはNdYAGレーザーの基本波（1064 nm）を用いた結晶試料は回転ステージ上に固定し励起光の偏光（p偏光およびs偏光）に対して任意角度に回転角を設定できるようにした原理的に全部で27個あるdテンソル成分に関して結晶構造および結晶内における分子配置を考慮することにより測定結果をシミュレーシ

ョンするコンピュータプログラムの開発も平行して行った 以上の研究を通じて1）光学的に良質で大型のBNA単結晶の成長に成功した2）dテンソルの成分比を実験的に検証しdZZZ成分の異常な増大を観測した3）dZZZの異常な増

大は超分子クラスターを考えることで定性的に説明可能であることを明らかにした4）結晶中の水素結合によって形成されるネットワークがdテンソルに大きく影響を与える事を明らかにした目標である良質で大きな有機非線形光学結晶の開発と二次非線形感受

率テンソルの決定等の結晶面方位に即した物性評価をすることができ当初の計画を十分

満足する研究成果が得られた 9 氷六角板結晶の成長と融解の間に生じる非対称なパターン形成（丸山）

結晶にはミクロな構造的異方性があるために特定の方位の結晶面のみがマクロな結晶

外形を構成するすなわち成長形は成長速度の遅い方位の平面によって融解形は融解

速度の速い面によって囲まれるという法則がある両者は違った形になることが予測さ

れるがその関係をきちんと調べた例はほとんどないそこで氷と水の圧力下共存系を

対象にして系の温度を下げながら氷を成長させ温度を上げながら氷を融解させた得

られた成長形はプリズム面と基底面で囲まれた六角板状であるのに対して融解形は六角

形の角から優先的に解け出して定常状態では逆六角形を示したすなわち成長形が30度回転した相似形になったただしこれら六面はわずかに曲がったラフ方位の曲面である

従来融解形は角ばった先端から解け始め丸い定常形に落ち着くものと考えられていた

界面での成長融解の素過程を考慮した数理モデルを作ってこの非対称変化を定性的に

説明した 教育研究業績 学術論文 1 K Yanagi H Hashimoto AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the LH2

complex from Rhodobacter sphaeroides G1C frequency and temperature dependencerdquo J Phys Chem B 108 10334-10339 (2004)

2 H Hashimoto K Yanagi M Yoshizawa D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoThe Very Early Events Following Photoexcitation of Carotenoidsrdquo Arch Biochem Biophys 430 61-69 (2004)

3 H Hashimoto T Sashima K Yanagi and M Yoshizawa ldquoUltrafast Relaxation Processes of Photosynthetic Carotenoidsrdquo Rev Laser Engineer 32 701-710 (2004)

4 RJ Cogdell H Hashimoto and AT Gardiner ldquoPurple Bacterial Light-Harvesting Complexes

15

From Dreams to Structuresrdquo Photosynth Res 80 173-179 (2004) 5 W Wohlleben T Buckup H Hashimoto RJ Cogdell JL Herek and M Motzkus

ldquoPump-deplete-probe spectroscopy and the puzzle of carotenoid dark statesrdquo J Phys Chem B 108 3320-3325 (2004)

6 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of the inhomogeneous band-broadening on the nonlinear optical properties of hydrazonesrdquo Phys Rev B69 205103 (2004)

7 AW Roszak K McKendrick AT Gardiner IA Mitchell NW Isaacs RJ Cogdell H Hashimoto and HA Frank ldquoProtein Regulation of Carotenoid Binding Gatekeeper and Locking Amino Acid Residues in Reaction Centers of Rhodobacter sphaeroidesrdquo Structure 12 (2004) 765-773

8 T Nakajima H Nagasawa M Maruyama T Komatsu J Nelson ldquoMacroscopic crystallization of nanocrystals into supercrystalsrdquo Jpn J Appl Phys 43 1102-1103 (2004)

9 D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri K Yanagi H Hashimoto RJ Cogdell ldquoConjugation length dependence of internal conversion in carotenoids Role of the intermediate staterdquo Phys Rev Lett 93 163002 (2004)

10 D Kosumi H Hashimoto and M Yoshizawa ldquoPump Wavelength Dependence of Ultrafast Relaxation Kinetics in β-Carotenerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 29-31

11 RJ Cogdell H Hashimoto K Yanagi D Polli G Cerullo G Lanzani and S de Silvestri ldquoExcited Singlet States of Carotenoids and Their Involvement in Photosynthetic Light-Harvestingrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 60

12 S Hirota H Inoue A Teteishi H Hashimoto Y Tomita M Murakoshi T Nigo K Sekimoto J Yokoyama and H Funayama ldquoAssessment of Conjunctival Impression Cytology (CIC) Method of Beta-carotene and Canthaxanthin Fed Vitamin A Deficient Ratsrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 43-45

13 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of carotenoid on electrostatic environment around the bacteriochlorophyll special pair in the reaction center of the urple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 26-28

14 T Sashima I Matsuda K Misawa S Koshiara and H Hashimoto ldquoThe Control of Photoisomerization of All-Trans Retinal by Using Chirped Femtosecond Laser-Pulsesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 24-25

15 M Sugisaki T Sashima K Yanagi A Sugita and H Hashimoto ldquoStationary and Transient Optical Absorption Measurements in Polar Retinoid Analoguerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 20-23

16 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell H Hashimoto ldquoElectroabsorption spectroscopy of β-carotene homologs Anomalous enhancement of ∆micrordquo Phys Rev B71 195118 (2005)

17 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto JP Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8-13 conjugated double bonds as determined by electronic absorption spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 410 108-114 (2005)

18 D Kosumi K Yanagi T Nishio H Hashimoto M Yoshizawa ldquoExcitation energy dependence of excited states dynamics in all-trans-carotenes determined by femtosecond absorption and fluorescence spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 408 89-95 (2005)

19 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M Kimura ldquoRapid energy transfer in light-harvesting small dendrimersrdquo J Lumin 112 449-453 (2005)

20 K Kanemoto M Shishido T Sudo I Akai H Hashimoto T Karasawa ldquoConcentration-dependence of photoluminescence properties in polythiophene diluted in an inactive polymer matrixrdquo Chem Phys Lett 402 549-553 (2005)

21 K Yanagi M Shimizu H Hashimoto AT Gardiner AW Roszak RJ Cogdell ldquoLocal electrostatic field induced by the carotenoid bound to the reaction center of the purple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo J Phys Chem B 109 992-998 (2005)

22 M Maruyama ldquoRoughening transition of prism faces of ice crystals grown from melt under pressurerdquo J Crystal Growth 275 598-605 (2005)

国際会議会議録

16

1 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

2 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 363-367

3 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

国際会議講演 1 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and

reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

2 RJ Cogdell AT Gardiner S Prince TD Howard M Papiz H Hahsimoto K Yanagi HA Frank AW Roszak and NW Isaacs ldquoThe organisation of carotenoids in purple bacterial antenna complexes and reaction centres analysis of structure and functionrdquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

3 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

4 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

5 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

6 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoMolecular Architecture of Native and Reconstituted Pigment Protein Complexes of Purple Photosynthetic Bacteriardquo Open Workshop on Molecular Modified Electrodes for Clean Energy Conversion (2004 October 1) Panasonic Center Ariake Tokyo Japan

7 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on Materials Science and Nano-Engineering (2004 December 11-14) Osaka Univ Suita Osaka Japan

8 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto HA Frank RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet States of Carotenoids Having Shorter Conjugation Lengths Reconstituted into the Reaction Centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 Detected by Time-Resolved Absorption Spectroscopyrdquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

9 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner AW Roszak and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

10 H Hashimoto R Fujii K Yanagi A T Gardiner A W Roszak N W Issacs H A Frank and R J Cogdell ldquoStructures and functions of carotenoids bound to reaction centers from purple photosynthetic bacteriardquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17

11 R L Christensen H A Frank M Grace I Galinato E F Chu R Fujii and H Hashimoto ldquoThe optical spectroscopy of cis and trans polymers models for cis and trans carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

12 K Nakagawa R Fujii K Yanagi S Suzuki A T Gardiner R J Cogdell H Hashimoto and M Nango ldquoProbing the carotenoid in its biding site in a reconstituted light-harvesting complex 1 from the photosynthetic bacterium rhodospirillum rubrum with electroabsorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

13 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto and J-P Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8sim13 conjugated double bonds as determined by electro absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

14 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoExcitation energy dependence of relaxation kinetics and nonlinear optical responses in all-trans-carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

15 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto H A Frank R J Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet states of carotenoids having shorter conjugation lengths reconstituted into the reaction centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 detected by time-resolved absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

16 M Sugisaki K Yanagi R J Cogdell and H Hashimoto ldquoUltrafast coherent otical response in a β-carotene homologuerdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17 P Molnaacuter H Hashimoto G Toacuteth ldquoComparison of optical absorption- Raman- and FT-IR-spectroscopic data of several natural and semisynthetic (all-E)-carotenoisrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

18 R Nakamura P Wang R Fujii Y Koyama H Hashimoto and Y Kanematsu ldquoVibrational relaxation pathways in the electronic excited state of carotenoidrdquo 15th International Conference on Dynamical Processes in Exited States of Solids (2005 August 1-5) Shanghai China

19 H Hashimoto K Yanagi A T Gardiner A W Roszak and R J Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 6th International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors in Photosynthetic Organisms (2005 September 11-16) Lucerne Switzerland

学会研究会講演 1 赤井一郎中尾浩士鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「デンドリマー構造をもつ巨大分子の光励起ダイナミクスII」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

2 柳和宏AT GardinerRJ Cogdell橋本秀樹「光合成光反応中心複合体の電場変調吸収分光」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

3 佐島徳武楠本利行橋本秀樹「極性カロテノイド類のナノ秒時間分解吸収分光」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

4 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

5 小澄大輔橋本秀樹柳和宏小向牧人吉澤雅幸「フェムト秒分光を用いたカロテノイドのダイナミクスにおける励起光波長依存性」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

6 杉崎満佐島徳武杉田篤史橋本秀樹「極性カロテノイド類のフェムト秒分光 II」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

7 藤原正澄柳和宏丸山稔杉崎満黒柳和良高橋宏典青島紳一郎土屋裕橋本秀樹「N-benzyl MNA単結晶の二次非線型光学特性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

18

8 杉崎満柳和宏橋本秀樹「β-カロテンホモログ体における超高速光学応答」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

9 柳和宏杉崎満橋本秀樹「βカロテンホモログ体における電場変調吸収分光(II) 」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

10 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

11 小澄大輔小向牧人橋本秀樹吉澤雅幸「3準位電子系の超高速光学応答II波長可変励起光によるβ-カロテンの光誘起過渡吸収」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

12 丸山稔増田詩人「ファセット形成過程とラフ方位の曲率発展」第34回結晶成長国内会議 2004年8月25-27日 東京農工大学

13 Q WangY HanX WenP Hu廣田才之橋本秀樹「マウス免疫機能におけるカロテノイド類の効果」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

14 井上弘明本多由美子関本邦敏横山次郎上野隆嗣富田純史長田祥二橋本秀樹村越倫明廣田才之「ビタミンA欠乏系ラットに投与したカロフィルレッドカロフィルピンクの代謝の影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

15 吉澤雅幸小澄大輔小向牧人柳和宏橋本秀樹「共鳴および非共鳴励起によるβ-カロテンの初期緩和過程および超高速光学応答の研究」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

16 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「共役長が異なるカロテノイド類の超高速光学応答」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

17 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「短い共役鎖をもつカロテノイドの光保護作用－光反応中心複合体における三重項状態の検

出」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館 18 柳和宏橋本秀樹「βカロテンホモログ体の吸収スペクトルにあたえるexchange narrowingの影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

19 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「ポリエン共役長が異なるカロテノイド類の時間分解発光分光」日本物理学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス

20 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「光合成光反応中心複合体に再構築したカロテノイドへの三重項エネルギー移動」日本物理

学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス 21 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性Ⅱ」

22 A Cahoon M Maruyama and JS Wettlaufer ldquoGrowth-Melt Asymmetry in Icerdquo APS March Meeting March 21-25 2005 Los Angeles

解説 1 杉﨑 満ldquo測定法(8) ⎯顕微分光rdquo Optronics 11月号 (2004) pp180-188 2 橋本秀樹藤井律子杉﨑 満ldquo物質現象新技術(5) 有機バイオ-光合成アンテナ色素蛋白複合体カロテノイド超高速レーザー分光rdquo Optronics 5月号 (2005) pp159-169

その他 1 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント

19

制御」 2004年4月30日 立命館大学にて講演 2 橋本 秀樹「紅色光合成細菌の光反応中心及びコア複合体の構造」 2004年6月26日 「光合成細菌の色素系と反応中心に関するセミナーXII」（京都大学）にて講演

3 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント制御」 2004年7月23日 高エネルギー加速器研究機構にて講演

研究助成金取得状況 1 橋本 秀樹文部科学省萌芽研究「原子間力顕微鏡を用いた光合成アンテナ色素複合体超分子配置のイメージング」500万円

2 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(2)「人工光合成色素蛋白超分子複合体の動作機構の解明」1500万円

3 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(1)「カロテノイド励起状態中の振動緩和と光合成系におけるエネルギー伝達の研究」1500万円

4 橋本 秀樹NEDO国際共同研究プロジェクト「人工光合成アンテナとナノデバイス開発光合成アンテナ複合体の機能とナノデバイス開発のためのアンテナ複合体の組織化」

1500万円 5 橋本 秀樹科学技術振興機構さきがけ研究「光合成系の人為操作及び光反応制御」8000万円

6 橋本秀樹科学技術振興機構戦略的国際科学技術協力推進事業（日英協力）ナノ空間に配列させた光合成色素蛋白超分子複合体間における超高速励起エネルギー移動過程の

実時間動画撮影技術の確立」3000万円 7 杉﨑 満学術振興会若手研究(B)「光合成色素蛋白超分子複合体の単一分子超高速レーザー分光」50万円

8 杉﨑 満島津科学技術振興財団研究開発助成「青色極超短パルス光発生装置を用いた光合成コヒーレントプロセスの解明」80万円

海外出張および海外研修 1 橋本秀樹米国（Ventura Beach Marriottホテル）2004年1月3日～1月11日2004年度Gordon

Research Conference on Carotenoids への出席及び会議進行 2 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年6月5日～6月13日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

3 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年11月23日～12月3日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

4 橋本秀樹米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で集中講義コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

5 藤井律子米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で講義補助コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

その他 1 橋本秀樹日本物理学会 2003年度JPSJ編集委員 2 橋本秀樹日本カロテノイド研究会幹事役員Carotenoid Science編集委員長 3 橋本秀樹国際カロテノイド学会Council Member

20

素励 物理学研究室

坪田　誠　 教授

木　正人 講師

笠松　健一(PD)

R Hanninen(PD)

金本　理奈(PD)

西岡　圭太(D3)

小林未知数(D2)

三 　　 (D1)

星原　庸平(M1)

神野　大典(M1)

研究概要1 量子乱流のエネルギースペクトル（坪田小林）

　 年 流動乱流（量子乱流）と古典乱流の対応が注目されているボース凝縮の巨

視的波動関数が従うGross-Pitaevskii方程式の三次元数値 析を行い量子乱流が古

典乱流のもっとも代表的な統 則であるコルモゴロフ則を満たすことを示した 算は

全てフーリエ空間で行い大スケールの励 と小スケールの散逸を導入することで定

常乱流を作ったこれは古典乱流と同様のカスケード過程が量子乱流での存在すること

を示した初めての研究であるこの業績は読売新聞日経産業新聞で報道された

2 二成分ボース凝縮体のダイナミクスとテクスチャー（坪田笠松）

　前年度に引き続き二成分ボースアインシュタイン凝縮体に関する理論的研究を行い

２つの凝縮体の位相が結合した場合（内 ジョセフソン効果に相当）渦分子の形成を示

したまたスピンテクスチャーに関する研究を行った

3 交流 流動流れ場中の量子渦の運動（坪田Hanninen三 ）

　　　現在世界的に関心が持たれている振動細線によって作られる 流動乱流実験に関連

して簡単なピニングモデルによる交流流れ場中の量子渦の運動を調べた交流流れ

場の振動数に共鳴してケルビン波が励 され流れ場の強さを増すと多数の渦の再結

合および生成が こり実験結果と定性的に符合する結果を得た

4 回転下ボソン-フェルミオン混合状態（坪田金本）

　回転下の中性原子気体のボソン-フェルミオン混合状態の基底状態の研究を行い原

子間相互作用と回転振動数に応じてフェルミオンが様々な状態変化を行うことを明ら

かにしたこれらは量子ドット量子ホール効果に特徴的な状態を含みこれらの系

との興味深い対応を明らかにしている

5 ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体（坪田小林）

　バイコールグラスなどのナノスケールの多孔体に閉じ込められたヘリウム４を加圧し

た時に 流動- 流動の量子相転移が慶応大学のグループによって観測されたこ

の実験に関連して閉じ込めポテンシャル中の強相関ボース流体の研究を行いボース

凝縮体の局在に関する判定基準を新たに導入することで実験結果と定量的に良い一致

を得た

21

教育研究業績

学術論文

1 KKasamatsu MTsubota M Ueda ldquoVortex molecules in coherently coupled two-componentBose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev Lett 93 250406(1-4) (2004)

2 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of superfluid turbulence Numerical analysis of the Gross-Pitaevskii equation with a small-scale dissipationrdquo Phys Rev Lett 94 065302(1-4)(2005)

3 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoSymmetry breaking and enhanced condensate fraction in a matter-wave bright solitonrdquo Phys Rev Lett 94 090404(1-4)(2005)

4 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoSpin textures in rotating two-component Bose-Einsteincondensatesrdquo Phys Rev A71 043611(1-14)(2005)

5 K Kasamatsu M Machida N Sasa MTsubota ldquoThree-dimensional dynamics of vortex-latticeformation in Bose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev A71 063616(1-5) (2005)

6 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoVortices in Multicomponent Bose-Einstein CondensatesrdquoInt J Mod Phys B19 pp 1835-1904(2005) (Invited review article )

7 KKasamatsu MTsubota ldquoModulation Instability and Pattern Formation in Two-componentBose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 669-674(2005)

8 M Kobayashi MTsubota ldquoBose-Einstein Condensation and Superfluidity of Strongly Cor

related Bose Fluid in a Random Potentialrdquo J Low Temp Phys 138 pp189-194(2005)9 MTsubota K Kasamatsu ldquoDynamics of Quantized Vortices in Superfluid Helium and Rotating

Bose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 471-480(2005)10　R Hanninen A Mitani MTsubota ldquoSuperfluid 3He-B Vortex Simulations inside a Rotating

Cylinderrdquo J Low Temp Phys 138 pp 589-594(2005)11 R Kanamoto H Saito MTsubota M Ueda ldquoMany-Body Analysis of the Hess-Fairbank Effect

in One-Dimensional Bose-Einstein condensates with attractive interactions rdquo J Low TempPhys 138 pp 681-686(2005)

12 M Tsubota M Kobayashi ldquoKolmogorov spectrum of the Gross-Pitaevskii turbulencerdquo JPhysics and Chemistry of Solids 66 pp 1498-1500(2005)

13 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of quantum turbulence J Phys Soc Jpn 74pp 3248-3258 (2005)

14 K Nishioka M Suzuki ldquoDynamics of unidirectional exciton migration to the molecularperiphery in a photoexcited compact dendrimerrdquo J Chem Phys 122 024708(2005)

国際会議講演

1 MTsubotaldquoQuantized vortices in superfluid helium and Bose-Einstein condensates (Invited) The Third 21COE Symposium Astrophysics as Interdisciplinary Science Waseda Univeristy Tokyo Japan 2005 91-3

2 R Hanninen J Kopu EV Thuneberg MTsubota ldquoStability of Quantized Vortices UnderRotation Helically Twisted Vortex Bundlerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

3 AP Finne VB Eltsov G Eska R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoVortex Multiplication in Applied Flow the Precursor to Superfluid Turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

4 M Kobayashi ldquoInertial range of steady quantum turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

5 A Mitani ldquoCorrelation between Quantum Vortices and Eddies in Normal Fluid Turbulen

22

ce rdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005

8 18-206 M Tsubota M Kobayashi ldquoInertial Range and the Kolmogorov Spectrum of Quantum T

urbulencerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

7 AP Finne VB Eltsov R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoRelaxation of a Helical Vortex Clusterrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

8 VB Eltsov AP Finne R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoPropagation of Quantized Vorticity in a Rotating Columnrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

9 R Hanninen A Mitani and M Tsubota ldquoSimple Pinning Model for Vibrating Wire Turbulence in Superfluid Heliumrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

10 R Kanamoto M Tsubota ldquoEnergy Spectrum of Fermions in a Rotating Boson-Fermion Mixturerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

11 M Kobayashi M Tsubota ldquoLocalization of Bose-Einstein Condensation and Disappearance of Superfluidity of Strongly Correlated Bose fluid in a Confined Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

12 A Mitani R Hanninen M Tsubota ldquoCritical Velocity for Superfluid Turbulence at High Temperaturesrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics Universityof Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

13 H Takeuchi K Kasamatsu and M Tsubota ldquoVortex Structures in Rotating Two-component Bose-Einstein Condensates in an Anharmonic Trapping Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

14 M Tsubota ldquoQuantized vortices in Bose-Einstein condensatesrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

15 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoCenter-of-mass fluctuations in a matter-wave bright solitonrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

16 M Tsubota ldquoNumerical study of quantum turbulence (Invited)rdquo Conference on Vortex Rings and Filaments in Classical and Quantum Systems ICTP Trieste Italy 2005 6 6-8

17 M Tsubota ldquoWhat we can do from numerical studies (Invited)rdquo Workshop on New Experimental Techniques for the Study of Quantum Turbulence ICTP Trieste Italy 2005 6 9-10

学会研究会講演

1 小林未知数坪田誠「ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体におけるボース

凝縮の局在と 流動の消失」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

2 坪田誠「 流動ヘリウムおよび中性原子気体BECの量子流体力学」（招待講演） 日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

3 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転ボーズアインシュタイン凝縮系の3次

元渦糸シミュレーション」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

4 竹内宏光笠松健一坪田誠「 調和ポテンシャル中の回転2成分ボース凝縮体にお

23

ける渦構造」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

5 R Hanninen 三 坪田誠「Quantum turbulence around a vibrating wire」日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

6 　三 R Hanninen坪田誠「「速度に依存しない乱流遷移」は熱カウンター流で

も存在するか」日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

7 三 「 流動乱流と古典乱流の 似性相違性」第54回理論応用力学講演会（日

本学術会議 メカニクス構造研究連絡委員会主催）2005 1 25-27

8 三 「 流動ヘリウム中での乱流遷移」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱

流現象と力学系的縮約」2005 1 12-14

9 　小林未知数「量子流体における乱流現象とエネルギースペクトル Gross-Pitaevski

i方程式による 析」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱流現象と力学系的縮

約」2005 1 12-14

10 坪田誠「乱流の量子古典対応」（招待講演）九州大学応用力学研究所研究集会「乱

流研究の異分野融合と新たな創成」2005 6 16-18

11 　金本理奈坪田誠「回転ボースフェルミ混合系における量子渦とフェルミ原子の

相互作用」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

12 小林未知数坪田誠「Gross-Pitaevskii方程式による 流動乱流のエネルギースペ

クトルII」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

13 　三 坪田誠「常流体乱流中の量子渦ダイナミクスの統 的性 」日本物理学会

2005年秋季大会　同志社大学

14 　藤山将士R Hannienn坪田誠「量子渦糸と球状粒子の相互作用運動－ 流動乱

流の可視化に向けて」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

15 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転BEC系におけるエネルギー散逸と乱

流状態」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

学位論文

博士論文

1 西 岡 圭 太 「 樹 木 状 分 子 デ ン ド リ マ ー に お け る 振 動 エ ネ ル ギ ー 及び励 子の分子内移動ダイナミクス」

研究助成金取得状況1 坪田誠日本学術振興会基盤研究(B)「 流動ヘリウムおよび中性原子気体ボース凝

縮系における量子渦の物理」590万円

2 笠松健一日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

3 小林未知数日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

その他 1 坪田誠日本物理学会代議員

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超高エネルギー研究室

川上三郎 教授 林 嘉夫 助教授 松山 利夫 技術職員(システム計測室)

小島 浩司 (D3) 田中 秀樹 (D3) 野中 敏幸 (D3) 大嶋 晃敏 (D1)

松本祐輔（M1） 松本慶一郎(M1) 清水伸明（M1） 奥田剛司（B4）

研究概要

1 宇宙粒子線による点源探索と加速機構の研究（川上林松山小島田中野中大嶋松本（慶）松本（祐）清水） インドデカン高原南部の Ootyでタタ基礎研究所との共同研究で表題の研究を行っ

ているこのために大規模空気シャワー観測装置の建設運転を継続中である現在

シンチレーション検出器（1m２）約 280台および４基のミューオン検出装置（合計 560m２＞1GeV）でデータ収集を行っておりデータを蓄積しつつ解析を進めている到来方向の角度精度の向上を図るために導入した粒子入射時刻較正システムを用いて較正を

行ったまた検出面積の拡張のためにファイバーを使った新しいシンチレーション検

出器 30台を製作し空気シャワーアレイに組み込んだこの様にして得られた空気シャワーの観測結果を解析した結果 1014～1015eV付近においては一次宇宙線の原子核組成が徐々に重い原子核が増加しているという新しい知見が得られたので学位論文（田中）

として公表した 2 太陽系近傍における宇宙線の異方性の研究（川上林松山小島田中野中大嶋 松本（慶）松本（祐）清水） Ootyの大規模空気シャワー観測装置の一部である４基のミューオン検出装置を用いて数十 GeVの一次宇宙線の時間変動を高精度で方向別に観測を続け約 3年間のデータの蓄積を得たこれらのデータの解析結果から太陽圏の周辺磁場の構造に関して重要な知

見が得られたので学位論文（小島）として公表した 3 L3+Cosmic実験（川上林） L3+C実験はＣＥＲＮ（ヨーロッパ高エネルギー物理学研究所）において LEP（Large Electron Collider）のＬ３実験で用いられた高エネルギーミューオンの運動量を精密に測定する装置を使用して宇宙線中の高エネルギーミューオン（15GeV～1TeV）の測定を行った実験装置 及び解析の結果は同研究所の L3C のホームページ

25

(httpl3cosmicscernch8000l3cwww)に紹介されている L3+C実験は完了していて現在はデータ解析とまとめが行われている解析の主なテーマとしては 1013ｅV～１0１６eVにおける一次宇宙線の化学的成分の測定50GeV～１TeVの大気ミューオンのエネルギースペクトラムミューオン荷電比月の影を利用した高

エネルギー宇宙線反陽子の強度観測太陽フレアに伴う GLE現象における高エネルギーミューオンの観測などが対象となっている解析の結果 20GeV～3000GeVの範囲の大気ミューオンについて高精度なエネルギースペクトラムが得られたのでそれを公表した

4 新しい日印宇宙線共同研究の検討（川上林） ヒマラヤのハンレーにおける高エネルギー宇宙線観測計画の可能性を調査検討する

ためにタタ研究所を訪れ今後の共同研究の進め方について議論を行ったその結果

出来るだけ早期に 3m口径のチェレンコフ望遠鏡を導入することが合意された 5宇宙線望遠鏡計画 (Telescope Array Project)（川上林田中野中松本（祐）松本（慶）清水奥田） 宇宙線望遠鏡計画は最高エネルギー領域（～＞1020eV）の宇宙線を広大な面積を持つ（～1000km2）空気シャワー観測装置をユタ州のミラード郡に設置し観測しようと

する計画である観測装置の建設には 4 年を要するこの宇宙線望遠鏡は空気シャワー観測装置としては世界最大であった AGASA（東京大学宇宙線研究所付属明野観にある超大空気シャワー観測装置現在は終了）の１０倍の規模を持ち統計精度の良いデータ

の収集が期待されている 地表検出器はシンチレーション検出器約 500 台を使用し主として大阪市立大学がこ

の部分の開発製作を担当しているこの他に大型の固定式蛍光望遠鏡３基により空

気シャワーが大気中を発達する様子を精密に測定し一次宇宙線の核種やエネルギーな

どを測定する平成 15年度から 6年間の予定で特定領域研究（科研費）が採択され東京大学宇宙線研究所を中心として多くの大学が参加しているエンジニアリングアレイ

として 20 台が製作されその内の 18 台が現地に展開され試験的にデータ収集を行う事が出来た

教育研究業績

学術論文 １PAchard SKGupta YHayashi SKawakami SCTonwar et al ldquoMeasurement of the atmospheric muon spectrum from 20 to 3000 GeVrdquo

Physics Letters B 598 15‒ 32 (2004) ２SKGupta YHayashi SKawakami HKojima TNonaka HTanaka SCTonwar

et al

26

ldquoGRAPES-3 A high-density air shower array for studies on the structure in the cosmic-ray energy spectrum near the kneerdquo

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 540 311-323 (2005)

学会研究会講演 日本物理学会 2004年秋季大会(2004年 9月) 高知大学 1 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（2） 2 川上三郎テレスコープアレイ計画 78地表検出器の総合試験の評価 日本物理学会 第 60回年次大会(2005年 3月) 東京理科大学 1 大嶋晃敏Ooty空気シャワー実験 20（検出器間の相対時刻較正Ⅳ） 2 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（3）

学位論文

博士論文 （Study of Cosmic Ray Sidereal Anisotropy with GRAPES-3 Muon

Telescopes） ( A Study of Nuclear Composition of Primary Cosmic Rays with GRAPES-3

Air Shower Experiment )

研究助成金取得状況

１ 林 嘉夫学術振興会基盤研究（B）（360万円） 「空気シャワーアレイ用粒子到来時刻較正システムによる角分解能向上の研究」 ２ 川上三郎学術振興会基盤研究Ｃ （50万円） 「大型ミューオンテレスコープによる太陽フレアと銀河宇宙線の異方性の研究」 ３川上三郎文部科学省特定研究 （10100万円） 「地表検出器の開発と AGASA検出器による較正」 ４川上三郎東京大学宇宙線研究所共同利用 （55万円） 「大型ミューオンテレスコープによる銀河宇宙線強度の観測」

海外出張および海外研修

１ 林 嘉夫インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と宇宙線化学組成の研究」 2004年8月7日－2004年10月5日

小島浩司 GRAPES-3 ミュオン望遠鏡による宇宙線恒星時異方性の研究 田中秀樹 GRAPES-3 空気シャワー実験による一次宇宙線原子核組成の研究

27

インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と

宇宙線化学組成の研究」2005年1月24日－2005年3月8日

２ 川上三郎インドタタ研究所インド天文物理学研究所 「新しい日印宇宙線共同研究についての打ち合わせ」2005年 1月 6日～17日

3川上三郎米国ユタ州ミラード郡 「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日

4奥田剛司米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作及び設置」 2004年 11月 15日～12月 23日 ５松山利夫米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日 ６大嶋晃敏インドタタ研究所 「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線

源と宇宙線化学組成の研究」 2004年9月16日－2005年1月10日

その他

1 川上三郎東京大学宇宙線研究所実施専門委員 2 川上三郎大阪大学附属核物理センター運営委員

28

高エネルギー物理学研究室

奥沢 徹 教授 清矢 良浩 助教授 山本 和弘 助手

平本 潤一(M2) 坂井 俊之(M2) 脇坂 隆之(M1)

東田 翼(B4)

研究概要 陽子反陽子衝突型加速器を用いた素粒子実験（奥沢清矢山本平本坂井脇坂） 米国フェルミ国立加速器研究所における日米協力研究の一環として陽子-反陽子衝突型加

速器テバトロンと汎用型素粒子検出器CDFを用いた実験を遂行したRun-Iのデータ収集は

すでに終了しており重心系衝突エネルギー18TeVにおいて積分ルミノシティ約109pbminus1の

データが蓄積されているそのデータを用いたヒッグス粒子の探索トップクォーク性質

の調査電弱相互作用の測定QCDの検証超対称性に関連する新粒子やR-Parityを破る現

象の探索などの実験の解析を行ってきたがそれら一連の解析は終了しつつある 本年度においても重心系衝突エネルギ

ー196TeV でのRun-IIデータ収集が順調

に継続中である加速器のビーム強度も本

年度は10倍以上に増強され積分ルミノシ

ティも2005 年3月現在で900pbminus1となった

この内磁気テープに保存されデータ解析

に使用可能な分が約700pbminus1となっている

(図1) この高統計データを用いたヒッグ

ス粒子の探索ボトムクォークやトップク

ォークの性質をさらに詳しく調べるため

の解析が精力的に進められ結果も出始め

ている（学術論文1-30)CDF Run-II検出

器の詳細については参考文献1を参照され

たい我々の研究室では本年度も検出器

各部の校正とデータ解析用の大容量ディ

スク装置の更なる整備を行い解析のため

の計算機能力増強が継続され主にヒッグス粒子やSUSY粒子探索を遂行している特に今

年度は中性ヒッグス粒子探索に於いて大きな進展があったのでここで紹介する 我々の研究室が担当しているヒッグス粒子の探索モードは 0 pp Wh WWW Xν νplusmn plusmnrarr rarr rarr (1)

というW ボゾン付随生成からのヒッグス粒子がWW へ崩壊し終状態に同符号の電荷を持つ

２つのレプトン(e または μ)が現れるというモードであるヒッグス粒子を除いた素粒子標

準模型ではこの「同符号電荷二重レプトン」という事象は非常に稀なため標準模型を越え

る素粒子探索には非常にシグナルノイズ比が良いという利点がある我々は2004年夏までに

蓄積された1935pbminus

1

図1CDFにおける積分ルミノシティ

1

cgt

のデータを用いて同符合電荷二重レプトンを持つ事象を選び出し様々

な吟味を加えた先ず種々の検出器からの応答からレプトンであるという同定を与えた後に

さらに２つのレプトンの横運動量 が p を満たすサンプルを集め

た結果得られた事象数は標準模型から得られる量と誤差の範囲で一致を見た特に図2

に示すようにヒッグス粒子に感度が高い領域(縦軸 が小さい方のレプトンの 横軸

２つのレプトン運動量のベクトル和の横成分)に於いて期待値095plusmn061(stat)plusmn018(s

yst)に対して検出数は0であったこのことから我々は

Tp 20 GeVTp cgt 6 GeVT

Tp Tp

0pp Whrarr の生成断面積と

の崩壊分岐比の積

0 h WWrarr0 0( ) (pp Wh Br h WWσ rarr sdot rarr ) に対する上限値を95の信頼度でハドロンコ

ライダーにおいて世界で始めて得ることに成功した(図3)(参考文献2) 論文は現在執筆中

である理論値に対してまだ２桁の開きがあるが現在さらに蓄積された1fbminus1のデータを解

29

析中であるまた図4は現在までにテバトロンで得られたヒッグス粒子探索全体の様子である

p0 20 40 60 80 100 120

0

10

20

30

40

50

60-11935 pbCDF Run II Preliminary

(GeVc)

eee

μμμμe

Expected 62plusmn 34

Region C

Expected 293plusmn 71Observed 30

Region B

Region A

Observed3

Expected 81plusmn 31Observed 12

Signal boxExpected 095plusmn 080Observed0

)2Higgs mass (GeVc

-11935 pbCDF Run II Preliminary

Cross section upper limit of WH signal

100 120 140 160 180 200100 120 140 160 180 20010

2

101

1

10

102

Observed 95 CL limit

SM higgs

Bosophilic higgs

図2最終的に得られた事象数に対する期待値との

比較

図3得られた断面積の上限値(95CL)と理論値と

の比較

10-2

10-1

1

10

110 120 130 140 150 160 170 180mH (GeV)

Tevatron Run II Preliminary

H WW() lνlνCDF 360 pb-1

H WW() lνlνD0 299-325 pb-1

SM gg H WW()

WH lνbbndash

CDF 319 pb-1

WH eνbbndash

D0 382 pb-1

SM WH Wbbndash

ZH ννndashbb

ndash

D0 261 pb-1

ZH ννndashbb

ndash

CDF 289 pb-1

SM ZH Zbbndash

WH WWWCDF 194 pb-1

WH WWWD0 363-384 pb-1

SM WH WWW

September 29 2005

図4現在までにTevatronで得られたヒッグス粒子探索の結果と理論予測

との比較 2 νμ―ντ振動実験（奥沢）

スイスジュネーブにある欧州共同利用原子核研究所(CERN)で行ったνμ―ντ振動実験の

解析を継続しているこの実験はニュートリノの質量の有無を調べることを主目的として

いる現在は原子核写乾板の画像解析もほぼ終了しているこの乾板中に記録された反応は

通常のν原子核反応としても扱えるのでこれを利用してチャームクォークの質量の精密計

測ν原子核反応前段面積の測定なども行っている（学術論文31-33）

30

図5シリコンマイクロストリップ飛跡検出器

Hダイバリオン及びペンタクォークの探索（山本） 高エネルギー加速器研究機構（つくば市）の陽子シンクロトロン施設においてK－ビームを

用いたΛΛ超重核探索実験(KEK-PS E373)のデータ解析作業を昨年度に引き続き進行中で

ある実験内容は昨年度の年次報告を参照されたい今年度はこれに加えて米国立ブルック

ヘブン研究所または現在茨城県東海村に建設中の文部科学省大強度陽子シンクロトロン施

設J-PARCで予定されている高統計の次期実験のためのシリコンマイクロストリップ飛跡検

出器の製作とテストを行った無事に実機の１号機(図5)は完成し宇宙線を使ったテストも

良好な結果を得ているまた同じく高エネルギ

ー加速器研究機構においてシンチレーティングフ

ァイバーブロック標的を用いたHダイバリオン共

鳴探索実験(KEK-PS E522)のデータ解析も続行

している（京都大学大阪大学東京理科大学

岐阜大学高エネルギー加速器研究機構との共同

研究）これはK－＋12CrarrΛ＋Λ＋K＋

3

＋X 反応を測

定しΛ＋Λ系の不変質量を再構成することによ

り(uuddss)の６クォーク状態と考えられているHダイバリオン共鳴状態を探索するものである以

前の実験でΛ＋Λ系の不変質量にピークらしいも

のが観測された(参考文献3)のを受けて高統計で

その真偽を確かめることを目的としている解析

は最終段階に入っておりプレリミナリな結果ではあるがやはり今回も理論で予測される

スペクトルよりも多少の超過が確認された(図6)この予想スペクトルに対する統計的優位性

は27σであるまたこの実験では同じセットアップを用いて π－＋prarrK－＋Θ＋rarrK－＋K＋＋n の反応を仮定してのペンタクォークΘ＋の探索も行われたΘ＋は( uudds )の５クォーク

状態として2003年に世界で始めて日本のSPring-8で発見され(参考文献4)その後ITEP(ロシ

ア)Jeffersonlab(米国)ELSA(ドイツ)等で追認され測定された質量は1530～1540MeVc

2である(参考文献567)しかしその多くがγ-核子反応からのものでハドロン反応での生

成はITEPでの泡箱写真解析による非常に少ない統計しかない状態であったので今回の

KEKでの実験となった入射π－の運動量は192GeVcであるデータ解析はp(π－K－)系でのmissing mass (喪失質量)を計算することで行いもし終状態に特定の粒子が出来ていれ

ばピークが立つはずである解析はほぼ終了しておりプレリミナリな結果として図7を得た

1530MeVc 2辺りにバンプが見られるバンプの中心値は1530 (stat) (syst)MeVc 2で

あるが統計的有意性は25σであり統計揺らぎの可能性も否定できないので今後のより

統計の高いデータが望まれる

+minus2219

+minus1913

Preliminary

図6ΛΛ不変質量分布 図7p(π－K－) 系の missing mass 分布

31

図8シンチレーティングファイバーブロック検出器で

得られたΣ＋p散乱の飛跡

4 ハイペロン－核子散乱断面積の測定（山本） これは山本が大学院時代から参加していた実験で今年度ようやくデータ解析が終了して

学術雑誌への発表も終わったのでその内容を紹介させて頂く核子－核子散乱データは今

日まで非常に多くの測定データが蓄積され

核子間相互作用の理解は非常に深まっている

がその反面同じバリオンであるΛΣ

Ξなどのハイペロンとの相互作用の研究は

その寿命の短さから来る実験データの少なさ

も相まって未だ発展途上にある言うまでも

ないがその先の目標はバリオン－バリオン

間相互作用の統一的理解であるそこで我々

は上記の3と同じ高エネルギー加速器研究機

構陽子シンクロトロン施設においてシンチ

レーティングファイバーブロック標的を用い

たΣ p 散乱断面積を求める実験を行い

(KEK-PS E289)そのデータ解析を行ってき

たΣ－p散乱に関しては既に発表済(参考文献

8)であるので今回はΣ＋p散乱の結果である

図8はシンチレーティングファイバーブロッ

ク標的で得られたΣ＋p散乱事象の例で実験

手法としては先ず167GeVc の入射π＋ビー

ムを使って得られた p(π＋K＋)Σ＋ 反応を探し出しそこでのΣ＋を今度は入射Σ＋ビーム

と見立てて陽子との散乱事象を測定するというものであるΣ＋の運動量が350MeVc ～750MeVc の範囲の断面積を求めたのもを図9に示す理論モデルとの比較においては

Nijmegenモデル(参考文献9)よりもRGMモデル(参考文献10)の方が近い結果を見せている

(学術論文34)

This work

(b)

This work

(a)f

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4u (cm) v (cm)

π+

K+

Σ+Σ+

pπ+

π+

K+

Σ+

Σ+

p

π+

図9Σ＋ｐrarrΣ＋ｐの弾性散乱断面積(a)Nijmegenモデルとの比較(b)RGMモデルとの比較 参考文献 1 DAcosta et al (CDF Collaboration) Phys Rev D 71 032001 (2005) 2 httpwww-cdffnalgovphysicsexoticr2a20041014lsdilep_whwww 3 J K Ahn et al (KEK-PS E224 Collaboration) Phys Lett B444 267 (1998) 4 T Nakano et al Phys Rev Lett 91 012002 (2003) 5 V V Barmin et al (DIANA Collaboration) PhysAtomNucl 66 1715 (2003) 6 V Kubarovsky et al (CLAS Collaboration) Phys Rev Lett 92 032001 (2004) 7 J Barth et al (SAPHIR Collaboration) Phys Lett B572 127 (2003) 8 Y Kondo et al (KEK-PS E289 Collaboration) Nucl Phys A676 371 (2000) 9 Th A Rijken V G J Stokes Y Yamamoto Phys Rev C 59 21 (1999) 10 Y Fujiwara K Miyagawa M Kohno Y Suzuki Phys Rev C 70 024001 (2004)

32

教育研究業績 学術論文 1 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Long-Lived Doubly-Charged

Higgs Bosons in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 071801 (2005)

2 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoFirst Evidence for 0sB φφrarr Decay and

Measurements of Branching Ration and A(CP) for B Kφ+ +rarr rdquo Phys Rev Lett 95 0 31801 (2005)

3 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Moments of the Hadronic Invariant Mass Distribution in Semileptonic B Decaysrdquo Phys Rev D 71 051103 (2005)

4 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Production Cross Section in

W W+ minus

pp Collisions at s = 196TeV using Dilepton Eventsrdquo Phys Rev Lett 94 211801 (2005)

5 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry from W eνrarr Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 051104 (2005)

6 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for ZZ and ZW Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 091105 (2005)

7 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the J ψ Meson and Hadron Production Cross Sections in

Bpp Collisions at s = 1960GeVrdquo Phys Rev D 71 032001

(2005)

8 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoAnalysis of Decay-Time Dependence of Angular Distributions in 0 SB J ψ φrarr and 0 d

0B J Kψrarr Decays and Measurement of the Lifetime Difference between Mass Eigenstatesrdquo Phys Rev Lett 94 101803 (2005) SB

9 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Cross Section for Prompt Diphoton Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 022003 (2005)

10 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Anomalous Kinematics in tt Dilepton Events at CDF IIrdquo Phys Rev Lett 95 022001 (2005)

11 K Hara T Okusawa K Yamamoto et al ldquoSensors for the CDF Run2B Silicon Detectorrdquo IEEE Trans Nucl Sci 51 1546-1554 (2004)

12 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurements of BB Azimuthal Production Correlations in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 092001 (2005)

13 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of the Boson Polarization in Top Decay at CDF at

Ws = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 031101 (2005) Erratum-ibid D 71 059901 (2005)

14 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry of Electron-Positron Pairs in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 052002 (2005)

15 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of Charged Particle Multiplicities in Gluon and Quark Jets in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev Lett 94 171802 (2005)

16 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Scalar Leptoquark Pairs Decaying to qqνν in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 112001 (2005) Erratum-ibid D 71 119901 (2005)

17 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Electroweak Single Top Quark Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 012005 (2005)

33

２００４年度　物理教室談話会

世話人坪田安井清矢

第１回新入生歓迎談話会

　日時４月１５日（木）

　場所理学部会議室

　講師唐沢　力　氏　（物性物理学講座光物性物理学研究室）

　題目「物理学教室へようこそ－ 私達の行っている研究－ 」

第２回物理教室談話会

　日時７月９日（金）

　場所理学部会議室

　講師川上　三郎　氏　（超高エネルギー宇宙粒子物理学研究室）

　題目「高エネルギー宇宙線の研究」

第３回物理教室談話会

　日時１２月２０日（月）

　場所理学部会議室

　講師櫻木　弘之　氏　（原子核理論研究室）

　題目「原子核構造研究の最近の進展」

第４回物理教室談話会（退職記念講演会）

　日時３月１８日（金）

　場所第２講義室

　１講師内藤　清一　氏　（素粒子論研究室）

　　　題目「超弦　Superstring」　２講師中川　道夫　氏　（宇宙素粒子実験物理学研究室）

　　　題目「気球実験における超長時間観測　－ ＰＰＢ－ 　について」

　３講師三尾野　重義　氏　（宇宙素粒子実験物理学研究室）

　　題目「活躍する小型加速器」

2

超低温物理学研究室

畑　　徹 教授

石川修六 助教授

矢野英雄 講師

小原　顕　 助手

中川久司(D5)半田　梓(M2)青木紀彦(M2)嘉戸隆介(M1)

研究概要1 超流動ヘリウム３中のエアロジェルの不純物効果

　エアロジェルは直径数ｎｍのシリカの紐が平均間隔数ｎｍから１００ｎｍの広い範囲で分布していて体積に占めるシリカの割合は数のものである超低温度ではヘリウム以外

の物質は固化しまた液体状態になるヘリウム４でもヘリウム３とは相分離するためにヘ

リウム３に不純物を入れることができないので超流動ヘリウム３の研究は完璧な純粋物質

としての研究の場であったしかしシリカの紐の平均間隔は超流動ヘリウム3のコヒーレン

ス長と同程度であるために超流動性が完全に壊れることはなく純粋な系に入った僅かな

不純物として振る舞う

1-1 ＮＭＲ法によるエアロジェル中の超流動ヘリウム３の相転移現象の研究（矢野石 　

　　　川畑嘉戸）

　空孔率９７５エアロジェル（不純物２５）を用いて核磁気共鳴法により超流動

相の秩序構造の同定と超流動状態の安定性について調べた３２bar以下の圧力下での超

流動相について調べた結果非一様な散乱モデルが転移温度の圧力変化不純物依存性を

良く説明し不純物効果としてこのモデルが有用であることを示した２４bar以上では

超流動相間の転移を観測した温度の降下上昇に対してこの転移は履歴現象を示しま

た冷却時昇温時ともに相転移に伴う共存現象も明らかになった共存の比率は履歴に

依存するがある温度幅以内では温度変化に対して共存が安定であるだけでなく比率も

変化しないことがわかった相境界が不純物のために自由に移動できないことを示してい

るまたパルスＮＭＲの結果より高温度側の相はバルク液体中のＡ相とは異なる凝縮

相であることが明らかになり理論的に提唱された新しい相の可能性がでてきた

1-2 第４音波法によるエアロジェル中の超流動ヘリウム３の不純物効果（小原石川

青木）

　エアロジェル中の超流動ヘリウム３の音波測定から超流動密度エネルギー損失を明ら

かにするために焼結銀中にエアロジェルを直接成長させたこの様な系にピエゾ素子

を圧力トランスデューサーに用いた第４音波測定法を用い系統的にエアロジェル空孔率

を変えた実験を行ったところ空孔率が小さいもの（不純物が多いもの）ほど超流動転移

温度超流動密度が抑制されることが明らかになったまた音波の損失の大きさは低温

では一定値になることが示されたこれは同時に行われた焼結銀のみのセルに対する結

果とは逆の性質であった損失が低温で一定になるということはヘリウム準粒子の平均

自由行程が低温で一定値になることを示しておりシリカの紐の平均間隔が自由行程の上

限を与えていることを示唆しているＮＭＲの測定で明らかになった超流動相関の転移に

起因する損失の履歴現象を初めて観測した

2 振動流中での超流動ヘリウム４量子渦のダイナミクス（矢野石川畑半田）

　　超流動ヘリウム中の超流動速場は位相の勾配で厳密に与えられ渦は秩序変数０の渦芯

（~１Å）とそのまわりを位相が２π変化する流れで構成され量子化されるこのため量子

渦は渦芯を糸と見なした準安定な構造を持つ渦糸の端は超流動中では存在せず端のな

3

いリング構造か両端が壁に付着した構造をとるリング構造の渦糸は消失するが両端が

壁に付着した渦糸はそのまま残り残留渦と呼ばれている

　　我々は振動子に付着した残留渦に着目している超伝導極微細線（NbTi 25 microm 直径）を用いた振動ワイヤーを開発した振動ワイヤーまわりの流れはワイヤーの速度が上がるに

つれ層流から乱流状態へ遷移しこれらの状態はある臨界速度できれいに分離する乱流状

態では速い流れのために付着渦が拡大しもつれ渦糸間の距離が接近したとき再結合が

起き渦糸リングと付着渦とに分かれると考えられる渦糸の拡大は Graberson Instability

として知られ拡大の始まる速度は渦糸の曲率と関係するすなわち臨界速度から付着渦の

サイズを推測することができるまた同じワイヤーで振動周波数を変えることに成功し

温度変化と併せて測定を行っている

３　回転する超流動ヘリウム３の研究（物性研京大との共同研究）（石川）

　　東京大学物性研究所に相互協力により完成した世界最高速度毎秒１回転で回転するサ

ブmK温度域の超低温度回転クライオスタットを用いて量子流体力学の研究を行っている昨

年度は次のプロジェクトについて研究を行った

　　超流動ヘリウム３中の渦状態は液中の１次元欠陥である回転実験装置を用いることに

より渦の生成消滅をコントロールすることができるバルク液体中では数種類の渦が観測さ

れている通常渦の周りの速度場は秩序波動関数の軌道部分の勾配で与えられ循環の量

子化現象は軌道部分での位相の量子化と関係している狭い隙間をもつ平行平板間の超流動

へリム３－Ａ相では軌道部分の波動関数が境界条件によって決まるため新しい渦構造が

可能となることが予想されているこの渦は波動関数のスピン部分をも含めて位相の量子化

が起こるだけでなく半整数の量子化が起こると考えられている非常に興味深いものである

幅１２micromの隙間を持つ平行平板内でこの半整数渦の観測を目指して実験を行った現時点では実験装置の不備もあり明確な証拠を得ていないしかし装置の回転が平行平板中の

超流動速度場にどのような変化をもたらすかについてＮＭＲの測定より理解が得られた

４ 熱音響冷凍機の開発（畑）

　　ループ型熱音響エンジンは熱エネルギーを音波エネルギーに変換するエンジンで圧

縮機などの機械を必要としないため長寿命という特徴を持っている可動部が全くないた

めメインテナンス不要使用ガスとしては特別なものは不用で空気でも可能であること熱

の再利用に用いると地球温暖化防止にも役立つことなどから環境に優しいエンジンとして

も期待されているものである小型のループ型の熱音響エンジンのデータ解析に基づき大

口径高出力のループ型熱音響エンジンとそれに直結させた冷凍機の建設が完了した最適

化の条件（冷凍機の取り付け位置スタックのサイズ形状加 熱温度等）を見出すため

に各場所での気体の仕事流熱流の解析を行っている

教育研究業績学術論文

1 H Nakagawa K Obara H Yano O Ishikawa and T Hata ldquoNMR Study of Superfluid Phasesof 3He confined in 975 Porous Silica Aerogelrdquo J Low Temp Phys 134 757-762 (2004)

2 K Kawasaki T Yoshida M Tarui H Nakagawa H Yano O Ishikawa and T Hata ldquoPhase-Transition Phenomena of 08 micro m Superfluid 3He Slabrdquo Phys Rev Lett 93 105301-1 ndash105301-4(2004)

3 M Yamashita A Matsubara R Ishiguro - - - O Ishikawa et al ldquoRotating Superfluid 3He in

Aerogelrdquo J Low Temp Phys 134 749-755(2004)4 R Ishiguro O Ishikawa M Yamashita et al ldquoVortex Formation and Annihilation in Three

Textures of Rotating Superfluid 3He ndashArdquo PhysRevLett 93 125301-1 ndash125301-4 (2004)

4

国際会議講演

1 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoImpurity Scattering Effects on Superfluid Phases in 3Hein 975 Porous Silica Aerogelrdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluids andSolids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

2 H Yano A Handa H Nakagawa et alldquoObservation of Laminar and Turbulent Flow inSuperfluid 4He using a Vibrating Wirerdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluidsand Solids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

3 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoPulsed NMR Study on A like phase of Superfluid 3He inlow porosity aerogelrdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluids and SolidsQFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

4 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoPressure dependence of the surface magnetization of3He on silica strands in aerogel immersed in liquid 3Herdquo(poster) The International Symposium onQuantum Fluids and Solids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

5 H Yano ldquoStudy of the turbulent flow in superfluid 4He using a vibrating wirerdquo (talk) TheSymposium on Superfluid Under Roration-2004 9-10 July 2004 the University of Trento Italy

6 O IshikawaldquoIntrinsic angular momentum in superfluid 3He -A in narrow cylindersrdquo (talk) TheSymposium on Superfluid Under Roration-2004 9-10 July 2004 the University of Trento Italy

7 H Yano ldquoStudy of the turbulent flow in Superfluid 4He using a vibrating wirerdquo (talk) Vortex andTurbulence in Classical and Quantum Fluids October 24-25 2004 the University of KyotoJapan

8 H Nakagawa R Kado K Obara H Yano O Ishikawa and T HataldquoNMR Studies on Liquid3He in aerogelrdquo(poster) Todai International Symposium 2004 and The ninth ISSP InternationalSymposium (ISSP-9) on Quantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid StatePhysics Japan

9 H YanoldquoObservation of Turbulent Flow in Superfluid 4He using a Vibrating Wirerdquo(talk) TodaiInternational Symposium 2004 and The ninth ISSP International Symposium (ISSP-9) onQuantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid State Physics Japan

10 M Yamashita K Izumina - - - O Ishikawa et al ldquoRotating Superfluid 3He-A in ParallelPlaterdquo(poster) Todai International Symposium 2004 and The ninth ISSP International Symposium(ISSP-9) on Quantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid State PhysicsJapan

11 O IshikawaldquoSpin Dynamics of Superfluid 3He in Aerogelrdquo(talk) ESF COSLAB NetworkConference 17-22 December 2004 Chamrousse Grenoble France

学会研究会講演

1 半田　梓「Vibrating Wire による4He超流動乱流の生成機構」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

2 中川久司「エアロジェル中超流動3Heにおける不純物散乱効果」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

3 石川修六「パルスＮＭＲによるエアロジェル中超流動3Heの研究」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

4 山下　穣「平行平板中の回転超流動ヘリウム３」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

5 矢野英雄「振動ワイヤーを用いた超流動ヘリウム中乱流の研究」　　非平衡系の統計物理シンポジウム　２００５年１月１９日~２１日　筑波大学

6 畑　徹「エアロジェル中の超流動ヘリウム３のA－B共存状態」　　日本物理学会　第６０回年次大会　東京理科大学

7 矢野英雄「Vibrating Wireによる4He超流動乱流の生成機構２」

　　日本物理学会　第６０回年次大会　東京理科大学

5

学位論文修士論文

1 半田　梓「Vibrating Wire法による 4He超流動乱流の生成機構」

博士論文

1 中川久司「エアロジェル中ｐ波超流動ヘリウム３」

研究助成金取得状況1 畑 徹受託研究岩谷瓦斯株式会社「熱音響発振器を使った冷凍機の開発」１００万円

2 畑 徹科学技術振興機構 先端計測分析技術機器開発事業「大気浮遊粒子用傾向Ｘ線

分析装置の開発」２００４年度分０円　(但し2004-2008年度全体では３７５０万円)

海外出張および海外研修1 石川修六イタリアトレント大学とフランスLPSENS2004年7月3~23日The International

Symposium of Quamtun Fluids and Solids QFS2004 およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004出席発表　および　研究打ち合わせ

2 矢野英雄the University of Trento Italy2004年7月3日~13日The International Symposiumon Quantum Fluids and Solids QFS-2004およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004　出席発表

3 畑　徹the University of Trento Italy2004年7月3日~13日The International Symposium onQuantum Fluids and Solids QFS-2004およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004　出席発表

4 石川修六Chamrousse Grenoble France　2004年12月17-22日 ESF COSLAB NetworkConference 招待講演

5 石川修六英国ロンドン大学(Royal Holloway) 2005年3月22日~9月２５日薄膜超流動ヘリウムに関する研究

その他1 畑　徹　2004年度　低温工学協会関西支部長2 石川修六2004年度　東京大学物性研究所客員助教授

6

光物性物理学唐沢　力 教授 謝　海燕 (D3) 大北健児 (M2) 上田祐士 (B4)

赤井一郎 助教授 岡田 明 (M1) 中村貴史 (B4)

鐘本勝一 助手 加藤 賢 (M1) 藤城明弘 (B4)

研究概要

1 層状結晶半導体中の高密度励起子の非線形光学応答 (大北赤井唐沢)

高密度励起子系において励起子間相互作用は励起子高密度相の物性を決定づけるそこで我々は励起子間に顕著な斥力相互作用を持つ層状結晶GaSe中の励起子系において励起子間相互作用の位相緩和への寄与に着目し縮退四光波混合(DFWM)スペクトルを調べたその結果DFWM信号の励起スペクトルに共鳴位置とその高低エネルギー両側に計 3つのピークを見出したこれらのピークのエネルギー間隔はGaSeの励起子系で顕著に観測される非弾性散乱過程によって交換されるエネルギーに相当するつまり励起子の非弾性散乱状態が関係する非線形光学過程がこの分裂したDFWM信号ピークを与えたものと考えた(StPetersburg 大学と共同研究)

2 高効率蛍光物質ヘキサキスピリジンチオラト銅結晶の光物性 (謝赤井唐沢)

ヘキサキスピリジンチオラト銅結晶 [Cu6(nL minusmpyt)6](nLは配位子の配置を示す)は高い発光効率とそのスペクトルが特異な温度依存性を示す特徴的な二つの緩和発光帯が銅クラスター内遷移と銅クラスターから配位子間の電荷移動型遷移によって現れること発光色の変化はこの二つの発光帯の熱活性過程による強度交替であることなどを明らかにしたまた時間分解発光スペクトルを調べ電荷移動型遷移発光帯が 2つの異なる減衰時定数をもった 2つの発光帯の重ね合わせとして観測されていることを明らかにしたこれらの励起子発光の温度依存性やダイナミクスは銅クラスター内遷移と電荷移動型遷移の 2つを考慮した配位座標モデルで説明できることを示した(物質分子系専攻分子設計学研究室と共同研究)

3 小型光捕集性デンドリマーの励起子ダイナミクス (赤井鐘本)

比較的低世代のデンドリマーにおいて光捕集性外周側鎖の光励起後の励起子の伝達ダイナミクスを調べたその結果これらの小型デンドリマーでは外周側鎖の光励起の後外周側鎖内部での振動緩和以前にコアへ励起子が伝達していることが明らかになったまたこれらの迅速な励起子のコアへの伝達を担う物理的機構はコアと光捕集性側鎖が結合する部分におけるそれらの電子励起子状態の波動関数の重なりによる短距離相互作用であると考えた(生体構造物性研究室ならびに信州大学繊維学部と共同研究)

4 デンドリマーにおけるエネルギー伝達の温度依存性 (岡田赤井鐘本)

光捕集性デンドリマーの光捕集アンテナは数多くの芳香環によって構成されておりそれらの芳香環が中心に位置するコア分子から外側に向かって枝分れしながら結合している形態をとるそのためこれらの光捕集アンテナ部分には多くの分子振動の自由度が存在し室温ではそれらの分子振動の自由度が比較的良く熱励起されていると考えられるこのような状況でも光捕集アンテナを光励起すると

7

極めて高い効率でコアへ励起子が伝達するのが光捕集性デンドリマーの特徴であるそこで励起子伝達ダイナミクスにおいて分子振動が担う役割を明らかにするためデンドリマーの励起子伝達ダイナミクスの温度依存性を調べたその結果試料を冷却して溶媒が凍結するとコアへの励起子伝達効率が著しく低下することが明らかになったこの顕著な温度依存性は室温で熱励起されている光捕集性アンテナ芳香環のねじれ振動が励起子の伝達に大きく寄与していることを意味する(生体構造物性研究室ならびに信州大学繊維学部と共同研究)

5 デンドリマーにおける励起子伝達の世代空間形態依存性 (加藤 赤井 鐘本)

光捕集性デンドリマーの光捕集アンテナを光励起すると高効率にコアへ励起子が伝達する特徴がありその伝達量子効率は光捕集アンテナの枝分れ世代数や空間形態に大きく依存することが知られているしかしそれらの励起子伝達の物理的機構は未だ系統的に理解されていないそこで光捕集アンテナが結合できる結合手を 4つ持ったコア分子に2sim4世代の枝分れ光捕集アンテナを3箇所に選択的に結合させた 34-m thデンドリマー (m = 2 sim 4光捕集アンテナの枝分れ世代数)の励起子伝達ダイナミクスを調べたその結果励起子のコアへの伝達量子効率が枝別れ世代数mの増加と共に若干低下する傾向が明らかになった(物質分子系専攻機能化学研究室と共同研究)

6 CdxMn1minusxTeCdyMg1minusyTe半導体量子井戸中のMn2+内遷移と励起子遷移 (赤井)

CdTe半導体にMnをドープするとCdサイトにMn2+が置換され共有性結合を形成するこのMn2+には d5電子が存在しMnを高密度にドープしたCdxMn1minusxTeとバリア層半導体CdyMg1minusyTe で量子井戸構造を形成するとCdxMn1minusxTeのバンド間を基礎とした励起子遷移と共存してそれぞれ特徴的な光学遷移を与える我々は原子数比で 40以上のMn2+をでドープした試料について量子井戸励起子とMn2+中 d5電子内遷移の発光を量子井戸厚を変化させた試料について系統的に調べたその結果特に数Kのネール温度以下の低温において高密度ドープした結果隣り合ったMn2+の d電子間の反強磁性相互作用が顕著になりそれを示す発光を見出した(StPetersburg 大学と共同研究)

7 Cu2O薄膜結晶の励起子スペクトル (赤井)

Cu2Oの最低励起子状態である para励起子は光学禁制で長い寿命を持ち高密度に集約させられる可能性を持つことから励起子系のボーズアインシュタイン凝縮が期待されている系であるそこで我々は空間的に励起子を閉じ込めやすいようにCu2O粉末を 2枚のMgO単結晶板で挟んでその間にCu2Oを溶解浸透させて作成したCu2O薄膜結晶を用意しその光学応答を調べたその結果吸収スペクトルでは黄色と緑色シリーズの励起子遷移が観測された一方発光スペクトルでは3本に分裂した ortho励起子発光とそれらのフォノンサイドバンド発光が観測されたこの分裂はMgOに挟むことによってCu2O薄膜結晶が歪みを受け分裂したものと考えた(大阪府立大学と共同研究)

8 自己形成CdTe量子点の励起子スペクトル (赤井)

ホットウォール法でZnTe上に自己形成させたCdTe量子点の光学応答とその温度変化を調べたその結果CdTe量子点に閉じ込められた励起子による発光と共に結晶成長時にCdTe量子点とバリア層ZnTeの間に形成されるCdTeぬれ層に束

8

縛された励起子の発光が観測されたまた試料作成時にCdTeの仕込み量が少ないCdTe量子点ではCdTe量子点の励起子発光が大きく高エネルギーシフトしZnTeのバンドギャップ近傍に現れたこの励起子発光の大きなブルーシフトはCdTeの仕込み量の少ない試料においてCdTeと ZnTeの混晶ぬれ層が形成されその結果CdxZn1minusxTe混晶半導体の量子点が形成されているためと考えた(山梨大学と共同研究)

9 π共役高分子のFETデバイスで誘起されるキャリアの研究 (鐘本)

近年π共役高分子を用いて電界効果トランジスタ (FET)特性が実現されることが報告されその応用に向けた研究が盛んになされているπ共役高分子として層構造を示すポリチオフェン誘導体ならびに大気中で安定なポリフルオレン誘導体に対して実際にトランジスタ動作を確認したそのデバイスに対してトランジスタ動作で誘起されるキャリアを吸収分光でとらえる実験を行い近赤外領域で特徴的な信号を観測したその信号は化学酸化で得られるキャリアに比べて低エネルギー領域に信号を有することが確認され高分子鎖間で広がった状態がキャリアとして働いていることが示唆された(University of Cambridgeとの共同研究)

10 長鎖チオフェンオリゴマーのポーラロンダイナミクス (鐘本)

π共役高分子はドープ状態で高い導電性を示しそのキャリアとして電子スピンを有するポーラロンが重要視されているそれら高分子のモデル化合物として長鎖オリゴマーを用いてESR特性を調べた特にそのESRスペクトルは高周波 (36 GHz)の実験において一般によく用いられるXバンド領域 (9 GHz)と線型及び線幅が顕著に異なるスペクトルを与えたこのことはポーラロンの運動の様子を異なる時間尺度で観測できたことを反映しており今後解析していくことでポーラロンダイナミクスについて詳細な情報が得られることが期待される(分子科学研究所との共同研究)

教育研究業績学術論文

1 H Xie I Kinoshita T Karasawa K Kimura T Nishioka I Akai K KanemotoldquoStructure Study and Luminescence Thermochromism in Hexanuclear 6-Methyl-2-Pyridinethiolato Copper(I) Crystalsrdquo

J Phys Chem B 109 pp9339-9345 (2005)

2 I Akai K Harai K Kouno T Karasawa ldquoPhotocalorimetric study on nonradiative relaxation processes and photolumines-cence quantum yields in Alq3 single crystalsrdquo

J Lumin 108 pp11ndash14 (2004)

3 H Xie M Tougezaka S Oishi I Kinoshita K Kanemoto I Akai T Karasawa ldquoLuminescence processes of hexanuclear methylpyridinethiolato-copper (I) crystalsrdquo

J Lumin 108 pp91ndash95 (2004)

4 V F Agekyan Yu A Stepanov I Akai T Karasava L E Vorobev D A FirsovA E Zhukov V M Ustinov A Zeilmeyer S Shmidt S Hanna E ZibikldquoLuminescence of Stepped Quantum Wells in GaAsGaAlAs and

9

InGaAsGaAsGaAlAs StructuresrdquoSemiconductors 38 pp565ndash571 (2004)

5 A Ito H Ino Y Matsui Y Hirao K Tanaka K Kanemoto T Kato ldquoA Bindschedlerrsquos Green-Based Arylamine Its Polycations with High-Spin Multi-plicityrdquo

J Phys Chem A 108 pp5715ndash5720 (2004)

国際会議会議録

1 I Akai K Watanabe K Yamashita K Kanemoto T Karasawa H HashimotoldquoExciton Dynamics in CdTeZnTe Quantum Dots Grown by Hot-Wall Expitaxyrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

2 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M KimuraldquoRapid Energy Transfer in Light-Harvesting Small Dendrimersrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

学会研究会講演

1 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢 力橋本秀樹木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

I-19 pp73ndash76 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

2 岡田 明赤井 一郎鐘本 勝一唐沢 力橋本 秀樹木村 睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

I-21 pp81ndash83 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

3 大北 健児丹治 淳鐘本 勝一赤井 一郎唐沢 力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

II-24 pp93ndash96 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

4 謝 海燕峠坂雅美加藤 賢木下 勇鐘本勝一赤井一郎唐沢 力「ヘキサキスピリジンチオラト銅 (I)錯体結晶の発光特性 (II)」

III-66 pp261ndash264 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

5 赤井一郎 岡田明 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

12pXD-12 第 4分冊 pp643日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

6 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

13pPSA-21 第 4分冊 pp660日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

7 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学応答スペクトル II」

24aPS-44 第 4分冊 pp668日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

10

8 岡田明 赤井一郎 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

24aPS-98 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

9 加藤賢赤井一郎鐘本勝一唐沢力大橋正和篠田哲史築部浩「光捕集性 3世代 34デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクス」

24aPS-99 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

その他

1 唐沢　力 　物理学教室談話会（新入生歓迎）　　　　　　　　　「私たちの行っている研究」　

2 唐沢　力　高大連携活動　市大授業　（2004年 5月 1日）　　　　　　　　　「大学で学ぶ物理 - 物理の面白さと必然性」

学位論文修士論文

1 大北健児 「 半導体GaSe結晶における高密度励起子の縮退四光波混合スペクトル」ldquoSpectra of High-Density Excitons in Semiconductor GaSe Crystal by Degenerate-Four-Wave Mixing Methodrdquo

博士論文

1 謝 海燕「 銅 (I)-クラスターを中心とする新規複合錯体化合物結晶の光励起状態とその緩和過程」ldquoPhoto-Excited States and Thier Relaxation Processes of Novel Cu(I)-Cluster-DominatedCoordination Compound Crystalsrdquo

研究助成金取得状況

1 唐沢 力 (代表者) 赤井一郎 鐘本勝一 飯田 武 鈴木正人文部省科学研究費補助金 基盤研究 (B-2) (課題番号14340095)(H14 6200千円 H15 4500千円 H16 1200千円)「半導体中に光学的に生成された量子凝縮相のダイナミックス」

海外出張および海外研修

1 鐘本勝一 「有機高分子を用いた最先端デバイス技術の習得及びその動作機構の解明」

Cavendish Laboratory Cambridge University UK Mar 2004 - Mar 2005

2 赤井一郎 6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter

(EXCONrsquo04) Cracow Poland 6-9 July 2004

11

生体構造物性研究室

橋本 秀樹 教授 丸山 稔 講師 杉﨑 満 講師

佐島 徳武 (PD) 藤井 律子 (PD) 柳 和宏 (D3学振PD)

西尾 友宏 (M2) 清水 麻登香 (M2) 和泉 拓朗 (M1) 楠本 利行 (M1) 下中 奨三 (M1) 藤原 正澄 (M1) 鈴木 聡 (B4) 重信 明孝 (B4) 若竹 伸幸 (B4)

研究概要

1 サブ10フェムト秒時間分解分光計測システムの構築とフェムト秒時間領域分光（杉﨑佐島橋本） 光合成反応系は生命の40億年とも言われる歴史に基づく自然選択の摂理により改良されてきた天然のエネルギー変換システムであるこの反応系は人類がこれまで構築し

た如何なるシステムよりも遥に速い変換速度（lt 100フェムト秒）で高効率のエネルギー変換（～100）を行うと考えられているそのため光合成反応系の初期過程のメカニズムを明らかにすることは基礎物理的にも応用的にも非常に重要である近年レーザ

ー技術の進歩により市販のレーザーを用いることで100フェムト秒程度の超短パルスを比較的簡単に手に入れることが可能となったしかし光合成系の初期過程を明らかに

するためにはそれよりも更に一桁以上時間分解能の良い光源の開発が必要不可欠となる

そのため我々の研究室ではチタンサファイア再生増幅器からのレーザー光を2つに分け一方を自己位相変調により白色光もう一方をBBO結晶を用いて第二高調波を発生させこれらの光の非同軸光パラメトリック増幅を行うシステムを構築した 今年度はフェムト秒再生増幅装置を励起光源とする非同軸光パラメトリック増幅器

（NOPA）2台の性能最適化を行った我々の持つ全てのノウハウを傾注しプリズム対およびチャープ鏡対を併用したパルス圧縮を行うことにより可視波長域（500sim750 nm）において最短6フェムト秒のパルス幅を持つ「本当の」フェムト秒光パルスの安定発生を達成した同レーザー光を用いてポンププローブ時間分解吸収分光縮退４光波混合計

測システムを構築した本レーザー装置の出力スペクトルに合致する吸収帯を持つ試料と

して極性カロテノイドアナログ及び共役二重結合数15を持つマクロカロテン分子についての時間領域分光計測を行ったいずれの試料においても過渡吸収変化にimpulsive stimulated Raman processに由来するコヒーレント振動が重畳した信号が観測された比較的干満な時間変化を示す極性カロテノイドアナログの場合は適当な窓関数を設定して

フーリエ変換を行うことによりコヒーレントフォノンモードの周波数及び強度の時間変

化が観測できた励起状態の位相緩和時間に対応すると考えられるコヒーレントフォノン

モードの減衰の時定数としてsim1 psが得られたこの値は観測している励起状態の寿命（sim2 ps）の半分程度の値を示している超高速な緩和を示すマクロカロテン分子においても同様なコヒレーントフォノン信号の時間変化が観測されたしかしながら本試料の場合

は時間領域に現れるコヒーレント振動が時間と共に変化する大変興味深い様相が確認さ

れたフーリエ変換を用いた従来どおりの解析はコヒーレント振動の時間変化が無い場

合に限り適応可能である上述の観測結果は単純なフーリエ解析の限界を打破する新た

な解析手法の創出が必須である事を示唆しているマクロカロテン分子に関してはポン

ププローブ分光の他４光波混合を用いた予備的な実験も行った

12

2 光合成光反応中心複合体におけるカロテノイドの構造安定化（橋本）

光合成系における機能発現には複数の光合成色素（カロテノイド及びクロロフィル）

がアポタンパク質により形成される反応場の中で空間的に規則正しく配列した色素蛋白

超分子複合体構造が密接に関係している特に光捕集光保護構造安定にはカロテノ

イド色素が重要な役割を果たしているこれまでに紅色光合成細菌Rhodobacter (Rb) sphaeroidesを中心に光保護作用に関する研究が数多くなされてきたこれはRb sphaeroidesがX線構造解析により蛋白の構造が解明されていることまたカロテノイド欠損株R-261と所望のカロテノイドを用いることにより人工の光反応中心を再構成できることなど興味深い研究の場を与えてくれることに起因するしかしながら光反応中

心に再構成されたカロテノイドが天然の物と同じ位置に取り込まれるかという最も基本

的かつ本質的な問題についてはこれまで明らかにされていなかった英国グラスゴー大

学及び米国コネチカット大学との共同研究によりRb sphaeroides R261の光反応中心にspheroideneや34-dihydrospheroideneを再構成した試料について高分解能X線構造解析を行ったその結果カロテノイドのバインディングサイトを明らかにすると共にフェニル

アラニンM162が門番の役目となりカロテノイドが一方向からのみ光反応中心に取り込まれていくという興味深い結果を得た更にトリプトファンM75が鍵の役目となりカロテノイドと水素結合することにより構造の安定化がなされていることを明らかにした

得られた結果を学術雑誌（Structure）にて公表した

3 アナログカロテノイドを再構築した光反応中心複合体の電場変調吸収分光（柳西尾清水橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と系外から有機合成により調製したアナログカロテノイドを再構築した人工のRCの電場変調吸収分光測定（室温及び低温）を行ったカロテノイド分子の有無により周囲に存在するバクテリオクロロフィル分子周辺の静電環境にどのような差異が生じる

のかを初めて定量化した室温（生理温度）で測定した場合カロテノイド分子から16 Aring離れて存在するスペシャルペアバクテリオクロロフィル分子の周辺の静電場にカロテノ

イド分子の有無により10 程度もの差異が生じることを明らかにした得られた成果を学術雑誌（J Phys Chem B）にて公表した

4 アナログカロテノイドを天然のアポ蛋白質に再構築した人工の光合成光反応中心複合体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本西尾橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と有機合成により調製した一連の共役鎖長を持つアナログカロテノイドを再構築した人工のRCのナノ秒時間分解吸収スペクトル測定を行った得られた吸収スペクトルデータのセットに対して特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを適用するこ

とにより極微弱な吸収スペクトル変化を精度良く検出することに成功した再構成RCに関する従来の研究では共役二重結合数（N）が9より少ないカロテノイドを再構築した場合光保護作用の発現のために必須のカロテノイドの三重項状態の生成が全く検出さ

れなかったが今回の我々の実験によりN=8およびN=9のカロテノイドを再構築したRCおいてもカロテノイドのT1 rarr Tn吸収スペクトルが観測できたこの結果はカロテノイ

ドの光保護作用の発現機構に関して従来概念を覆す画期的な成果であると考えられる 5 光合成膜中でのアンテナ色素蛋白複合体の超分子配置のその場観察（下中清水藤井橋本） 光合成細菌の光合成系は二種類のアンテナ色素蛋白複合体（LH1及びLH2）と光反応

中心（RC）の3つの色素蛋白複合体が有機的に結合した超分子配置を形成することにより生理機能を発現している平坦な光合成膜を持つ紅色光合成細菌Blc viridisから調製した

13

光合成膜試料に焦点を絞り画像計測の物差しを作成することを目的として研究を行った

Blc viridisにはアンテナ複合体としてLH1複合体のみしか存在しないことが知られている透過型電子顕微鏡（TEM）を用いた観測によりLH1複合体の直径10 nmに対応する環状の構造体が細密充填構造を取り配列している画像を取得した得られた画像をフーリエ変

換することにより三角格子構造を示唆する良好な回折パターンを得た回折点以外の余

分な成分を除去し逆フーリエ変換を行うことによりRC-LH1コア複合体の良好な画像を得ることに成功したこの画像データに対して統計処理を行ったところ環状構造体

の直径は98 plusmn 04 nm で分布しておりその中心にRCに対応する構造が観測されることからこの環状構造体がLH1複合体に帰属できることが明確となったまた各LH1リングは細密充填構造を取り配列しているが再隣接距離は約2 nm程度離れていることが明らかになった 単離生成したRC-LH1コア複合体をリン脂質二重層膜（Egg-PC）に再構築する方法を

確立したTEMを用いた観察（フーリエ解析）により再構成直後の人工光合成膜ではコア複合体は細密充填構造を取らず比較的ランダムに配列していた同試料の温度を上

下することで細密充填構造へ導けることが明らかになったこの結果はコア複合体の超

分子配列が制御可能であることを示唆しているコア複合体を再構築した人工光合成膜に

さらに他の種類の光合成細菌由来のLH2複合体を再構築した「本当の」人工光合成膜を作成すべく条件出し及びTEMによるその場観察を行っている

6 極性カロテノイドの同族体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本佐島橋本）

all-trans-レチナールと13-インダンジオンを縮合した2-all-trans-レチニリンデン-13-インダンジオン（RetInd）のTHF溶液に対して三重項増感励起によるナノ秒時間分解吸収分光測定を行った特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを用いたデータ解

析を行うことによりジカチオン状態に帰属できる過渡吸収バンドが特定できたカロテ

ノイド類ではTHFのような溶媒系（非重溶媒）でのラジカル生成は報告されておらずしかも三重項増感励起の際に見つかったこの特異な現象はカロテノイド（共役ポリエン

系）の電子構造を探索する上で重要な知見を与えていることが期待される

7 LH1アンテナ複合体の再構築とその電場変調吸収分光（鈴木藤井柳橋本） 紅色光合成細菌Rhodospirillum rubrumから共役二重結合鎖n = 13のカロテノイド（all-trans-spirilloxanthin）を単離精製した単離したカロテノイドをTriton X-100ミセル中でカロテノイドを除去したB880色素蛋白複合体の単量体サブユニットと再会合することによりRs rubrum LH1複合体を人為的に再構築した吸収スペクトル蛍光励起スペクトルおよび電場変調吸収スペクトルを測定することで再構成体と天然由来のLH1複合体についての比較検討を行ったLH1 complex再構成体はB880吸収帯が3 nm短波長シフトしている点とカロテノイド部分の振動構造がより明瞭になっている点を除けば天然体

と基本的に同様な吸収スペクトルを与えた蛍光励起スペクトルの測定によりカロテノ

イドからバクテリオクロロフィルへの励起エネルギー移動効率を決定したところ天然

LH1では35であったのに対し再構成LH1はこれより有意に高い40の効率を与えた電場変調吸収分光測定によってLH1複合体中のカロテノイド及びバクテリオクロロフィル分子の非線形光学パラメータ（光誘起分極率変化∆α光誘起双極子モーメント変化∆micro）を決定したところバクテリオクロロフィル分子では天然体と再構成体とで同様の値を与

えるのに対してカロテノイド分子では大きな差異が検出されたこの結果は再構成LH1複合体中のカロテノイド分子周辺の静電的環境が天然 LH1の場合とは明らかに異なっていることを示している電場変調吸収分光法は再構成体の構造に関して有意な情報を与

える分光学的手法であることが明らかになった 8 非線形光学材料の性能向上を目指した計測と評価（藤原丸山橋本）

大出力テラヘルツ電磁波（THz波）発生を実現するための有機非線形光学材料の性能評

14

価について種々の分光計測法を適用することにより多角的に検討を行った具体的な測

定対象となる有機非線形材料としては既に良好なTHz波発生が確認できている2-メチル-4-ニトロアニリン（MNA）誘導体について検討した 様々な置換基を有するN置換MNA誘導体の大量合成を行ったブリッジマン炉を用いた

融液からの結晶成長とゾーン精製による純化を行いこれらMNA誘導体からの良質な単結晶の作成を目指して勢力的に研究を展開した特に単結晶試料の透明性を追求し種々

の条件だしを行った得られた結晶の面方位はX線ラウエ法により評価した 結晶の2次非線形光学定数（dテンソル）の測定を行うための装置を作成して稼働し各

MNA誘導体結晶のdテンソル成分の相対値を決定したdテンソルの決定には第二高調波発生法を採用しその励起光源としてはNdYAGレーザーの基本波（1064 nm）を用いた結晶試料は回転ステージ上に固定し励起光の偏光（p偏光およびs偏光）に対して任意角度に回転角を設定できるようにした原理的に全部で27個あるdテンソル成分に関して結晶構造および結晶内における分子配置を考慮することにより測定結果をシミュレーシ

ョンするコンピュータプログラムの開発も平行して行った 以上の研究を通じて1）光学的に良質で大型のBNA単結晶の成長に成功した2）dテンソルの成分比を実験的に検証しdZZZ成分の異常な増大を観測した3）dZZZの異常な増

大は超分子クラスターを考えることで定性的に説明可能であることを明らかにした4）結晶中の水素結合によって形成されるネットワークがdテンソルに大きく影響を与える事を明らかにした目標である良質で大きな有機非線形光学結晶の開発と二次非線形感受

率テンソルの決定等の結晶面方位に即した物性評価をすることができ当初の計画を十分

満足する研究成果が得られた 9 氷六角板結晶の成長と融解の間に生じる非対称なパターン形成（丸山）

結晶にはミクロな構造的異方性があるために特定の方位の結晶面のみがマクロな結晶

外形を構成するすなわち成長形は成長速度の遅い方位の平面によって融解形は融解

速度の速い面によって囲まれるという法則がある両者は違った形になることが予測さ

れるがその関係をきちんと調べた例はほとんどないそこで氷と水の圧力下共存系を

対象にして系の温度を下げながら氷を成長させ温度を上げながら氷を融解させた得

られた成長形はプリズム面と基底面で囲まれた六角板状であるのに対して融解形は六角

形の角から優先的に解け出して定常状態では逆六角形を示したすなわち成長形が30度回転した相似形になったただしこれら六面はわずかに曲がったラフ方位の曲面である

従来融解形は角ばった先端から解け始め丸い定常形に落ち着くものと考えられていた

界面での成長融解の素過程を考慮した数理モデルを作ってこの非対称変化を定性的に

説明した 教育研究業績 学術論文 1 K Yanagi H Hashimoto AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the LH2

complex from Rhodobacter sphaeroides G1C frequency and temperature dependencerdquo J Phys Chem B 108 10334-10339 (2004)

2 H Hashimoto K Yanagi M Yoshizawa D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoThe Very Early Events Following Photoexcitation of Carotenoidsrdquo Arch Biochem Biophys 430 61-69 (2004)

3 H Hashimoto T Sashima K Yanagi and M Yoshizawa ldquoUltrafast Relaxation Processes of Photosynthetic Carotenoidsrdquo Rev Laser Engineer 32 701-710 (2004)

4 RJ Cogdell H Hashimoto and AT Gardiner ldquoPurple Bacterial Light-Harvesting Complexes

15

From Dreams to Structuresrdquo Photosynth Res 80 173-179 (2004) 5 W Wohlleben T Buckup H Hashimoto RJ Cogdell JL Herek and M Motzkus

ldquoPump-deplete-probe spectroscopy and the puzzle of carotenoid dark statesrdquo J Phys Chem B 108 3320-3325 (2004)

6 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of the inhomogeneous band-broadening on the nonlinear optical properties of hydrazonesrdquo Phys Rev B69 205103 (2004)

7 AW Roszak K McKendrick AT Gardiner IA Mitchell NW Isaacs RJ Cogdell H Hashimoto and HA Frank ldquoProtein Regulation of Carotenoid Binding Gatekeeper and Locking Amino Acid Residues in Reaction Centers of Rhodobacter sphaeroidesrdquo Structure 12 (2004) 765-773

8 T Nakajima H Nagasawa M Maruyama T Komatsu J Nelson ldquoMacroscopic crystallization of nanocrystals into supercrystalsrdquo Jpn J Appl Phys 43 1102-1103 (2004)

9 D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri K Yanagi H Hashimoto RJ Cogdell ldquoConjugation length dependence of internal conversion in carotenoids Role of the intermediate staterdquo Phys Rev Lett 93 163002 (2004)

10 D Kosumi H Hashimoto and M Yoshizawa ldquoPump Wavelength Dependence of Ultrafast Relaxation Kinetics in β-Carotenerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 29-31

11 RJ Cogdell H Hashimoto K Yanagi D Polli G Cerullo G Lanzani and S de Silvestri ldquoExcited Singlet States of Carotenoids and Their Involvement in Photosynthetic Light-Harvestingrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 60

12 S Hirota H Inoue A Teteishi H Hashimoto Y Tomita M Murakoshi T Nigo K Sekimoto J Yokoyama and H Funayama ldquoAssessment of Conjunctival Impression Cytology (CIC) Method of Beta-carotene and Canthaxanthin Fed Vitamin A Deficient Ratsrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 43-45

13 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of carotenoid on electrostatic environment around the bacteriochlorophyll special pair in the reaction center of the urple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 26-28

14 T Sashima I Matsuda K Misawa S Koshiara and H Hashimoto ldquoThe Control of Photoisomerization of All-Trans Retinal by Using Chirped Femtosecond Laser-Pulsesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 24-25

15 M Sugisaki T Sashima K Yanagi A Sugita and H Hashimoto ldquoStationary and Transient Optical Absorption Measurements in Polar Retinoid Analoguerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 20-23

16 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell H Hashimoto ldquoElectroabsorption spectroscopy of β-carotene homologs Anomalous enhancement of ∆micrordquo Phys Rev B71 195118 (2005)

17 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto JP Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8-13 conjugated double bonds as determined by electronic absorption spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 410 108-114 (2005)

18 D Kosumi K Yanagi T Nishio H Hashimoto M Yoshizawa ldquoExcitation energy dependence of excited states dynamics in all-trans-carotenes determined by femtosecond absorption and fluorescence spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 408 89-95 (2005)

19 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M Kimura ldquoRapid energy transfer in light-harvesting small dendrimersrdquo J Lumin 112 449-453 (2005)

20 K Kanemoto M Shishido T Sudo I Akai H Hashimoto T Karasawa ldquoConcentration-dependence of photoluminescence properties in polythiophene diluted in an inactive polymer matrixrdquo Chem Phys Lett 402 549-553 (2005)

21 K Yanagi M Shimizu H Hashimoto AT Gardiner AW Roszak RJ Cogdell ldquoLocal electrostatic field induced by the carotenoid bound to the reaction center of the purple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo J Phys Chem B 109 992-998 (2005)

22 M Maruyama ldquoRoughening transition of prism faces of ice crystals grown from melt under pressurerdquo J Crystal Growth 275 598-605 (2005)

国際会議会議録

16

1 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

2 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 363-367

3 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

国際会議講演 1 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and

reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

2 RJ Cogdell AT Gardiner S Prince TD Howard M Papiz H Hahsimoto K Yanagi HA Frank AW Roszak and NW Isaacs ldquoThe organisation of carotenoids in purple bacterial antenna complexes and reaction centres analysis of structure and functionrdquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

3 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

4 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

5 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

6 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoMolecular Architecture of Native and Reconstituted Pigment Protein Complexes of Purple Photosynthetic Bacteriardquo Open Workshop on Molecular Modified Electrodes for Clean Energy Conversion (2004 October 1) Panasonic Center Ariake Tokyo Japan

7 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on Materials Science and Nano-Engineering (2004 December 11-14) Osaka Univ Suita Osaka Japan

8 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto HA Frank RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet States of Carotenoids Having Shorter Conjugation Lengths Reconstituted into the Reaction Centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 Detected by Time-Resolved Absorption Spectroscopyrdquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

9 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner AW Roszak and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

10 H Hashimoto R Fujii K Yanagi A T Gardiner A W Roszak N W Issacs H A Frank and R J Cogdell ldquoStructures and functions of carotenoids bound to reaction centers from purple photosynthetic bacteriardquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17

11 R L Christensen H A Frank M Grace I Galinato E F Chu R Fujii and H Hashimoto ldquoThe optical spectroscopy of cis and trans polymers models for cis and trans carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

12 K Nakagawa R Fujii K Yanagi S Suzuki A T Gardiner R J Cogdell H Hashimoto and M Nango ldquoProbing the carotenoid in its biding site in a reconstituted light-harvesting complex 1 from the photosynthetic bacterium rhodospirillum rubrum with electroabsorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

13 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto and J-P Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8sim13 conjugated double bonds as determined by electro absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

14 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoExcitation energy dependence of relaxation kinetics and nonlinear optical responses in all-trans-carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

15 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto H A Frank R J Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet states of carotenoids having shorter conjugation lengths reconstituted into the reaction centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 detected by time-resolved absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

16 M Sugisaki K Yanagi R J Cogdell and H Hashimoto ldquoUltrafast coherent otical response in a β-carotene homologuerdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17 P Molnaacuter H Hashimoto G Toacuteth ldquoComparison of optical absorption- Raman- and FT-IR-spectroscopic data of several natural and semisynthetic (all-E)-carotenoisrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

18 R Nakamura P Wang R Fujii Y Koyama H Hashimoto and Y Kanematsu ldquoVibrational relaxation pathways in the electronic excited state of carotenoidrdquo 15th International Conference on Dynamical Processes in Exited States of Solids (2005 August 1-5) Shanghai China

19 H Hashimoto K Yanagi A T Gardiner A W Roszak and R J Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 6th International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors in Photosynthetic Organisms (2005 September 11-16) Lucerne Switzerland

学会研究会講演 1 赤井一郎中尾浩士鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「デンドリマー構造をもつ巨大分子の光励起ダイナミクスII」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

2 柳和宏AT GardinerRJ Cogdell橋本秀樹「光合成光反応中心複合体の電場変調吸収分光」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

3 佐島徳武楠本利行橋本秀樹「極性カロテノイド類のナノ秒時間分解吸収分光」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

4 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

5 小澄大輔橋本秀樹柳和宏小向牧人吉澤雅幸「フェムト秒分光を用いたカロテノイドのダイナミクスにおける励起光波長依存性」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

6 杉崎満佐島徳武杉田篤史橋本秀樹「極性カロテノイド類のフェムト秒分光 II」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

7 藤原正澄柳和宏丸山稔杉崎満黒柳和良高橋宏典青島紳一郎土屋裕橋本秀樹「N-benzyl MNA単結晶の二次非線型光学特性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

18

8 杉崎満柳和宏橋本秀樹「β-カロテンホモログ体における超高速光学応答」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

9 柳和宏杉崎満橋本秀樹「βカロテンホモログ体における電場変調吸収分光(II) 」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

10 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

11 小澄大輔小向牧人橋本秀樹吉澤雅幸「3準位電子系の超高速光学応答II波長可変励起光によるβ-カロテンの光誘起過渡吸収」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

12 丸山稔増田詩人「ファセット形成過程とラフ方位の曲率発展」第34回結晶成長国内会議 2004年8月25-27日 東京農工大学

13 Q WangY HanX WenP Hu廣田才之橋本秀樹「マウス免疫機能におけるカロテノイド類の効果」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

14 井上弘明本多由美子関本邦敏横山次郎上野隆嗣富田純史長田祥二橋本秀樹村越倫明廣田才之「ビタミンA欠乏系ラットに投与したカロフィルレッドカロフィルピンクの代謝の影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

15 吉澤雅幸小澄大輔小向牧人柳和宏橋本秀樹「共鳴および非共鳴励起によるβ-カロテンの初期緩和過程および超高速光学応答の研究」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

16 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「共役長が異なるカロテノイド類の超高速光学応答」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

17 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「短い共役鎖をもつカロテノイドの光保護作用－光反応中心複合体における三重項状態の検

出」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館 18 柳和宏橋本秀樹「βカロテンホモログ体の吸収スペクトルにあたえるexchange narrowingの影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

19 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「ポリエン共役長が異なるカロテノイド類の時間分解発光分光」日本物理学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス

20 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「光合成光反応中心複合体に再構築したカロテノイドへの三重項エネルギー移動」日本物理

学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス 21 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性Ⅱ」

22 A Cahoon M Maruyama and JS Wettlaufer ldquoGrowth-Melt Asymmetry in Icerdquo APS March Meeting March 21-25 2005 Los Angeles

解説 1 杉﨑 満ldquo測定法(8) ⎯顕微分光rdquo Optronics 11月号 (2004) pp180-188 2 橋本秀樹藤井律子杉﨑 満ldquo物質現象新技術(5) 有機バイオ-光合成アンテナ色素蛋白複合体カロテノイド超高速レーザー分光rdquo Optronics 5月号 (2005) pp159-169

その他 1 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント

19

制御」 2004年4月30日 立命館大学にて講演 2 橋本 秀樹「紅色光合成細菌の光反応中心及びコア複合体の構造」 2004年6月26日 「光合成細菌の色素系と反応中心に関するセミナーXII」（京都大学）にて講演

3 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント制御」 2004年7月23日 高エネルギー加速器研究機構にて講演

研究助成金取得状況 1 橋本 秀樹文部科学省萌芽研究「原子間力顕微鏡を用いた光合成アンテナ色素複合体超分子配置のイメージング」500万円

2 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(2)「人工光合成色素蛋白超分子複合体の動作機構の解明」1500万円

3 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(1)「カロテノイド励起状態中の振動緩和と光合成系におけるエネルギー伝達の研究」1500万円

4 橋本 秀樹NEDO国際共同研究プロジェクト「人工光合成アンテナとナノデバイス開発光合成アンテナ複合体の機能とナノデバイス開発のためのアンテナ複合体の組織化」

1500万円 5 橋本 秀樹科学技術振興機構さきがけ研究「光合成系の人為操作及び光反応制御」8000万円

6 橋本秀樹科学技術振興機構戦略的国際科学技術協力推進事業（日英協力）ナノ空間に配列させた光合成色素蛋白超分子複合体間における超高速励起エネルギー移動過程の

実時間動画撮影技術の確立」3000万円 7 杉﨑 満学術振興会若手研究(B)「光合成色素蛋白超分子複合体の単一分子超高速レーザー分光」50万円

8 杉﨑 満島津科学技術振興財団研究開発助成「青色極超短パルス光発生装置を用いた光合成コヒーレントプロセスの解明」80万円

海外出張および海外研修 1 橋本秀樹米国（Ventura Beach Marriottホテル）2004年1月3日～1月11日2004年度Gordon

Research Conference on Carotenoids への出席及び会議進行 2 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年6月5日～6月13日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

3 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年11月23日～12月3日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

4 橋本秀樹米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で集中講義コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

5 藤井律子米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で講義補助コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

その他 1 橋本秀樹日本物理学会 2003年度JPSJ編集委員 2 橋本秀樹日本カロテノイド研究会幹事役員Carotenoid Science編集委員長 3 橋本秀樹国際カロテノイド学会Council Member

20

素励 物理学研究室

坪田　誠　 教授

木　正人 講師

笠松　健一(PD)

R Hanninen(PD)

金本　理奈(PD)

西岡　圭太(D3)

小林未知数(D2)

三 　　 (D1)

星原　庸平(M1)

神野　大典(M1)

研究概要1 量子乱流のエネルギースペクトル（坪田小林）

　 年 流動乱流（量子乱流）と古典乱流の対応が注目されているボース凝縮の巨

視的波動関数が従うGross-Pitaevskii方程式の三次元数値 析を行い量子乱流が古

典乱流のもっとも代表的な統 則であるコルモゴロフ則を満たすことを示した 算は

全てフーリエ空間で行い大スケールの励 と小スケールの散逸を導入することで定

常乱流を作ったこれは古典乱流と同様のカスケード過程が量子乱流での存在すること

を示した初めての研究であるこの業績は読売新聞日経産業新聞で報道された

2 二成分ボース凝縮体のダイナミクスとテクスチャー（坪田笠松）

　前年度に引き続き二成分ボースアインシュタイン凝縮体に関する理論的研究を行い

２つの凝縮体の位相が結合した場合（内 ジョセフソン効果に相当）渦分子の形成を示

したまたスピンテクスチャーに関する研究を行った

3 交流 流動流れ場中の量子渦の運動（坪田Hanninen三 ）

　　　現在世界的に関心が持たれている振動細線によって作られる 流動乱流実験に関連

して簡単なピニングモデルによる交流流れ場中の量子渦の運動を調べた交流流れ

場の振動数に共鳴してケルビン波が励 され流れ場の強さを増すと多数の渦の再結

合および生成が こり実験結果と定性的に符合する結果を得た

4 回転下ボソン-フェルミオン混合状態（坪田金本）

　回転下の中性原子気体のボソン-フェルミオン混合状態の基底状態の研究を行い原

子間相互作用と回転振動数に応じてフェルミオンが様々な状態変化を行うことを明ら

かにしたこれらは量子ドット量子ホール効果に特徴的な状態を含みこれらの系

との興味深い対応を明らかにしている

5 ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体（坪田小林）

　バイコールグラスなどのナノスケールの多孔体に閉じ込められたヘリウム４を加圧し

た時に 流動- 流動の量子相転移が慶応大学のグループによって観測されたこ

の実験に関連して閉じ込めポテンシャル中の強相関ボース流体の研究を行いボース

凝縮体の局在に関する判定基準を新たに導入することで実験結果と定量的に良い一致

を得た

21

教育研究業績

学術論文

1 KKasamatsu MTsubota M Ueda ldquoVortex molecules in coherently coupled two-componentBose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev Lett 93 250406(1-4) (2004)

2 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of superfluid turbulence Numerical analysis of the Gross-Pitaevskii equation with a small-scale dissipationrdquo Phys Rev Lett 94 065302(1-4)(2005)

3 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoSymmetry breaking and enhanced condensate fraction in a matter-wave bright solitonrdquo Phys Rev Lett 94 090404(1-4)(2005)

4 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoSpin textures in rotating two-component Bose-Einsteincondensatesrdquo Phys Rev A71 043611(1-14)(2005)

5 K Kasamatsu M Machida N Sasa MTsubota ldquoThree-dimensional dynamics of vortex-latticeformation in Bose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev A71 063616(1-5) (2005)

6 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoVortices in Multicomponent Bose-Einstein CondensatesrdquoInt J Mod Phys B19 pp 1835-1904(2005) (Invited review article )

7 KKasamatsu MTsubota ldquoModulation Instability and Pattern Formation in Two-componentBose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 669-674(2005)

8 M Kobayashi MTsubota ldquoBose-Einstein Condensation and Superfluidity of Strongly Cor

related Bose Fluid in a Random Potentialrdquo J Low Temp Phys 138 pp189-194(2005)9 MTsubota K Kasamatsu ldquoDynamics of Quantized Vortices in Superfluid Helium and Rotating

Bose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 471-480(2005)10　R Hanninen A Mitani MTsubota ldquoSuperfluid 3He-B Vortex Simulations inside a Rotating

Cylinderrdquo J Low Temp Phys 138 pp 589-594(2005)11 R Kanamoto H Saito MTsubota M Ueda ldquoMany-Body Analysis of the Hess-Fairbank Effect

in One-Dimensional Bose-Einstein condensates with attractive interactions rdquo J Low TempPhys 138 pp 681-686(2005)

12 M Tsubota M Kobayashi ldquoKolmogorov spectrum of the Gross-Pitaevskii turbulencerdquo JPhysics and Chemistry of Solids 66 pp 1498-1500(2005)

13 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of quantum turbulence J Phys Soc Jpn 74pp 3248-3258 (2005)

14 K Nishioka M Suzuki ldquoDynamics of unidirectional exciton migration to the molecularperiphery in a photoexcited compact dendrimerrdquo J Chem Phys 122 024708(2005)

国際会議講演

1 MTsubotaldquoQuantized vortices in superfluid helium and Bose-Einstein condensates (Invited) The Third 21COE Symposium Astrophysics as Interdisciplinary Science Waseda Univeristy Tokyo Japan 2005 91-3

2 R Hanninen J Kopu EV Thuneberg MTsubota ldquoStability of Quantized Vortices UnderRotation Helically Twisted Vortex Bundlerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

3 AP Finne VB Eltsov G Eska R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoVortex Multiplication in Applied Flow the Precursor to Superfluid Turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

4 M Kobayashi ldquoInertial range of steady quantum turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

5 A Mitani ldquoCorrelation between Quantum Vortices and Eddies in Normal Fluid Turbulen

22

ce rdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005

8 18-206 M Tsubota M Kobayashi ldquoInertial Range and the Kolmogorov Spectrum of Quantum T

urbulencerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

7 AP Finne VB Eltsov R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoRelaxation of a Helical Vortex Clusterrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

8 VB Eltsov AP Finne R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoPropagation of Quantized Vorticity in a Rotating Columnrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

9 R Hanninen A Mitani and M Tsubota ldquoSimple Pinning Model for Vibrating Wire Turbulence in Superfluid Heliumrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

10 R Kanamoto M Tsubota ldquoEnergy Spectrum of Fermions in a Rotating Boson-Fermion Mixturerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

11 M Kobayashi M Tsubota ldquoLocalization of Bose-Einstein Condensation and Disappearance of Superfluidity of Strongly Correlated Bose fluid in a Confined Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

12 A Mitani R Hanninen M Tsubota ldquoCritical Velocity for Superfluid Turbulence at High Temperaturesrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics Universityof Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

13 H Takeuchi K Kasamatsu and M Tsubota ldquoVortex Structures in Rotating Two-component Bose-Einstein Condensates in an Anharmonic Trapping Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

14 M Tsubota ldquoQuantized vortices in Bose-Einstein condensatesrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

15 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoCenter-of-mass fluctuations in a matter-wave bright solitonrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

16 M Tsubota ldquoNumerical study of quantum turbulence (Invited)rdquo Conference on Vortex Rings and Filaments in Classical and Quantum Systems ICTP Trieste Italy 2005 6 6-8

17 M Tsubota ldquoWhat we can do from numerical studies (Invited)rdquo Workshop on New Experimental Techniques for the Study of Quantum Turbulence ICTP Trieste Italy 2005 6 9-10

学会研究会講演

1 小林未知数坪田誠「ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体におけるボース

凝縮の局在と 流動の消失」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

2 坪田誠「 流動ヘリウムおよび中性原子気体BECの量子流体力学」（招待講演） 日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

3 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転ボーズアインシュタイン凝縮系の3次

元渦糸シミュレーション」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

4 竹内宏光笠松健一坪田誠「 調和ポテンシャル中の回転2成分ボース凝縮体にお

23

ける渦構造」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

5 R Hanninen 三 坪田誠「Quantum turbulence around a vibrating wire」日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

6 　三 R Hanninen坪田誠「「速度に依存しない乱流遷移」は熱カウンター流で

も存在するか」日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

7 三 「 流動乱流と古典乱流の 似性相違性」第54回理論応用力学講演会（日

本学術会議 メカニクス構造研究連絡委員会主催）2005 1 25-27

8 三 「 流動ヘリウム中での乱流遷移」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱

流現象と力学系的縮約」2005 1 12-14

9 　小林未知数「量子流体における乱流現象とエネルギースペクトル Gross-Pitaevski

i方程式による 析」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱流現象と力学系的縮

約」2005 1 12-14

10 坪田誠「乱流の量子古典対応」（招待講演）九州大学応用力学研究所研究集会「乱

流研究の異分野融合と新たな創成」2005 6 16-18

11 　金本理奈坪田誠「回転ボースフェルミ混合系における量子渦とフェルミ原子の

相互作用」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

12 小林未知数坪田誠「Gross-Pitaevskii方程式による 流動乱流のエネルギースペ

クトルII」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

13 　三 坪田誠「常流体乱流中の量子渦ダイナミクスの統 的性 」日本物理学会

2005年秋季大会　同志社大学

14 　藤山将士R Hannienn坪田誠「量子渦糸と球状粒子の相互作用運動－ 流動乱

流の可視化に向けて」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

15 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転BEC系におけるエネルギー散逸と乱

流状態」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

学位論文

博士論文

1 西 岡 圭 太 「 樹 木 状 分 子 デ ン ド リ マ ー に お け る 振 動 エ ネ ル ギ ー 及び励 子の分子内移動ダイナミクス」

研究助成金取得状況1 坪田誠日本学術振興会基盤研究(B)「 流動ヘリウムおよび中性原子気体ボース凝

縮系における量子渦の物理」590万円

2 笠松健一日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

3 小林未知数日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

その他 1 坪田誠日本物理学会代議員

24

超高エネルギー研究室

川上三郎 教授 林 嘉夫 助教授 松山 利夫 技術職員(システム計測室)

小島 浩司 (D3) 田中 秀樹 (D3) 野中 敏幸 (D3) 大嶋 晃敏 (D1)

松本祐輔（M1） 松本慶一郎(M1) 清水伸明（M1） 奥田剛司（B4）

研究概要

1 宇宙粒子線による点源探索と加速機構の研究（川上林松山小島田中野中大嶋松本（慶）松本（祐）清水） インドデカン高原南部の Ootyでタタ基礎研究所との共同研究で表題の研究を行っ

ているこのために大規模空気シャワー観測装置の建設運転を継続中である現在

シンチレーション検出器（1m２）約 280台および４基のミューオン検出装置（合計 560m２＞1GeV）でデータ収集を行っておりデータを蓄積しつつ解析を進めている到来方向の角度精度の向上を図るために導入した粒子入射時刻較正システムを用いて較正を

行ったまた検出面積の拡張のためにファイバーを使った新しいシンチレーション検

出器 30台を製作し空気シャワーアレイに組み込んだこの様にして得られた空気シャワーの観測結果を解析した結果 1014～1015eV付近においては一次宇宙線の原子核組成が徐々に重い原子核が増加しているという新しい知見が得られたので学位論文（田中）

として公表した 2 太陽系近傍における宇宙線の異方性の研究（川上林松山小島田中野中大嶋 松本（慶）松本（祐）清水） Ootyの大規模空気シャワー観測装置の一部である４基のミューオン検出装置を用いて数十 GeVの一次宇宙線の時間変動を高精度で方向別に観測を続け約 3年間のデータの蓄積を得たこれらのデータの解析結果から太陽圏の周辺磁場の構造に関して重要な知

見が得られたので学位論文（小島）として公表した 3 L3+Cosmic実験（川上林） L3+C実験はＣＥＲＮ（ヨーロッパ高エネルギー物理学研究所）において LEP（Large Electron Collider）のＬ３実験で用いられた高エネルギーミューオンの運動量を精密に測定する装置を使用して宇宙線中の高エネルギーミューオン（15GeV～1TeV）の測定を行った実験装置 及び解析の結果は同研究所の L3C のホームページ

25

(httpl3cosmicscernch8000l3cwww)に紹介されている L3+C実験は完了していて現在はデータ解析とまとめが行われている解析の主なテーマとしては 1013ｅV～１0１６eVにおける一次宇宙線の化学的成分の測定50GeV～１TeVの大気ミューオンのエネルギースペクトラムミューオン荷電比月の影を利用した高

エネルギー宇宙線反陽子の強度観測太陽フレアに伴う GLE現象における高エネルギーミューオンの観測などが対象となっている解析の結果 20GeV～3000GeVの範囲の大気ミューオンについて高精度なエネルギースペクトラムが得られたのでそれを公表した

4 新しい日印宇宙線共同研究の検討（川上林） ヒマラヤのハンレーにおける高エネルギー宇宙線観測計画の可能性を調査検討する

ためにタタ研究所を訪れ今後の共同研究の進め方について議論を行ったその結果

出来るだけ早期に 3m口径のチェレンコフ望遠鏡を導入することが合意された 5宇宙線望遠鏡計画 (Telescope Array Project)（川上林田中野中松本（祐）松本（慶）清水奥田） 宇宙線望遠鏡計画は最高エネルギー領域（～＞1020eV）の宇宙線を広大な面積を持つ（～1000km2）空気シャワー観測装置をユタ州のミラード郡に設置し観測しようと

する計画である観測装置の建設には 4 年を要するこの宇宙線望遠鏡は空気シャワー観測装置としては世界最大であった AGASA（東京大学宇宙線研究所付属明野観にある超大空気シャワー観測装置現在は終了）の１０倍の規模を持ち統計精度の良いデータ

の収集が期待されている 地表検出器はシンチレーション検出器約 500 台を使用し主として大阪市立大学がこ

の部分の開発製作を担当しているこの他に大型の固定式蛍光望遠鏡３基により空

気シャワーが大気中を発達する様子を精密に測定し一次宇宙線の核種やエネルギーな

どを測定する平成 15年度から 6年間の予定で特定領域研究（科研費）が採択され東京大学宇宙線研究所を中心として多くの大学が参加しているエンジニアリングアレイ

として 20 台が製作されその内の 18 台が現地に展開され試験的にデータ収集を行う事が出来た

教育研究業績

学術論文 １PAchard SKGupta YHayashi SKawakami SCTonwar et al ldquoMeasurement of the atmospheric muon spectrum from 20 to 3000 GeVrdquo

Physics Letters B 598 15‒ 32 (2004) ２SKGupta YHayashi SKawakami HKojima TNonaka HTanaka SCTonwar

et al

26

ldquoGRAPES-3 A high-density air shower array for studies on the structure in the cosmic-ray energy spectrum near the kneerdquo

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 540 311-323 (2005)

学会研究会講演 日本物理学会 2004年秋季大会(2004年 9月) 高知大学 1 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（2） 2 川上三郎テレスコープアレイ計画 78地表検出器の総合試験の評価 日本物理学会 第 60回年次大会(2005年 3月) 東京理科大学 1 大嶋晃敏Ooty空気シャワー実験 20（検出器間の相対時刻較正Ⅳ） 2 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（3）

学位論文

博士論文 （Study of Cosmic Ray Sidereal Anisotropy with GRAPES-3 Muon

Telescopes） ( A Study of Nuclear Composition of Primary Cosmic Rays with GRAPES-3

Air Shower Experiment )

研究助成金取得状況

１ 林 嘉夫学術振興会基盤研究（B）（360万円） 「空気シャワーアレイ用粒子到来時刻較正システムによる角分解能向上の研究」 ２ 川上三郎学術振興会基盤研究Ｃ （50万円） 「大型ミューオンテレスコープによる太陽フレアと銀河宇宙線の異方性の研究」 ３川上三郎文部科学省特定研究 （10100万円） 「地表検出器の開発と AGASA検出器による較正」 ４川上三郎東京大学宇宙線研究所共同利用 （55万円） 「大型ミューオンテレスコープによる銀河宇宙線強度の観測」

海外出張および海外研修

１ 林 嘉夫インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と宇宙線化学組成の研究」 2004年8月7日－2004年10月5日

小島浩司 GRAPES-3 ミュオン望遠鏡による宇宙線恒星時異方性の研究 田中秀樹 GRAPES-3 空気シャワー実験による一次宇宙線原子核組成の研究

27

インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と

宇宙線化学組成の研究」2005年1月24日－2005年3月8日

２ 川上三郎インドタタ研究所インド天文物理学研究所 「新しい日印宇宙線共同研究についての打ち合わせ」2005年 1月 6日～17日

3川上三郎米国ユタ州ミラード郡 「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日

4奥田剛司米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作及び設置」 2004年 11月 15日～12月 23日 ５松山利夫米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日 ６大嶋晃敏インドタタ研究所 「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線

源と宇宙線化学組成の研究」 2004年9月16日－2005年1月10日

その他

1 川上三郎東京大学宇宙線研究所実施専門委員 2 川上三郎大阪大学附属核物理センター運営委員

28

高エネルギー物理学研究室

奥沢 徹 教授 清矢 良浩 助教授 山本 和弘 助手

平本 潤一(M2) 坂井 俊之(M2) 脇坂 隆之(M1)

東田 翼(B4)

研究概要 陽子反陽子衝突型加速器を用いた素粒子実験（奥沢清矢山本平本坂井脇坂） 米国フェルミ国立加速器研究所における日米協力研究の一環として陽子-反陽子衝突型加

速器テバトロンと汎用型素粒子検出器CDFを用いた実験を遂行したRun-Iのデータ収集は

すでに終了しており重心系衝突エネルギー18TeVにおいて積分ルミノシティ約109pbminus1の

データが蓄積されているそのデータを用いたヒッグス粒子の探索トップクォーク性質

の調査電弱相互作用の測定QCDの検証超対称性に関連する新粒子やR-Parityを破る現

象の探索などの実験の解析を行ってきたがそれら一連の解析は終了しつつある 本年度においても重心系衝突エネルギ

ー196TeV でのRun-IIデータ収集が順調

に継続中である加速器のビーム強度も本

年度は10倍以上に増強され積分ルミノシ

ティも2005 年3月現在で900pbminus1となった

この内磁気テープに保存されデータ解析

に使用可能な分が約700pbminus1となっている

(図1) この高統計データを用いたヒッグ

ス粒子の探索ボトムクォークやトップク

ォークの性質をさらに詳しく調べるため

の解析が精力的に進められ結果も出始め

ている（学術論文1-30)CDF Run-II検出

器の詳細については参考文献1を参照され

たい我々の研究室では本年度も検出器

各部の校正とデータ解析用の大容量ディ

スク装置の更なる整備を行い解析のため

の計算機能力増強が継続され主にヒッグス粒子やSUSY粒子探索を遂行している特に今

年度は中性ヒッグス粒子探索に於いて大きな進展があったのでここで紹介する 我々の研究室が担当しているヒッグス粒子の探索モードは 0 pp Wh WWW Xν νplusmn plusmnrarr rarr rarr (1)

というW ボゾン付随生成からのヒッグス粒子がWW へ崩壊し終状態に同符号の電荷を持つ

２つのレプトン(e または μ)が現れるというモードであるヒッグス粒子を除いた素粒子標

準模型ではこの「同符号電荷二重レプトン」という事象は非常に稀なため標準模型を越え

る素粒子探索には非常にシグナルノイズ比が良いという利点がある我々は2004年夏までに

蓄積された1935pbminus

1

図1CDFにおける積分ルミノシティ

1

cgt

のデータを用いて同符合電荷二重レプトンを持つ事象を選び出し様々

な吟味を加えた先ず種々の検出器からの応答からレプトンであるという同定を与えた後に

さらに２つのレプトンの横運動量 が p を満たすサンプルを集め

た結果得られた事象数は標準模型から得られる量と誤差の範囲で一致を見た特に図2

に示すようにヒッグス粒子に感度が高い領域(縦軸 が小さい方のレプトンの 横軸

２つのレプトン運動量のベクトル和の横成分)に於いて期待値095plusmn061(stat)plusmn018(s

yst)に対して検出数は0であったこのことから我々は

Tp 20 GeVTp cgt 6 GeVT

Tp Tp

0pp Whrarr の生成断面積と

の崩壊分岐比の積

0 h WWrarr0 0( ) (pp Wh Br h WWσ rarr sdot rarr ) に対する上限値を95の信頼度でハドロンコ

ライダーにおいて世界で始めて得ることに成功した(図3)(参考文献2) 論文は現在執筆中

である理論値に対してまだ２桁の開きがあるが現在さらに蓄積された1fbminus1のデータを解

29

析中であるまた図4は現在までにテバトロンで得られたヒッグス粒子探索全体の様子である

p0 20 40 60 80 100 120

0

10

20

30

40

50

60-11935 pbCDF Run II Preliminary

(GeVc)

eee

μμμμe

Expected 62plusmn 34

Region C

Expected 293plusmn 71Observed 30

Region B

Region A

Observed3

Expected 81plusmn 31Observed 12

Signal boxExpected 095plusmn 080Observed0

)2Higgs mass (GeVc

-11935 pbCDF Run II Preliminary

Cross section upper limit of WH signal

100 120 140 160 180 200100 120 140 160 180 20010

2

101

1

10

102

Observed 95 CL limit

SM higgs

Bosophilic higgs

図2最終的に得られた事象数に対する期待値との

比較

図3得られた断面積の上限値(95CL)と理論値と

の比較

10-2

10-1

1

10

110 120 130 140 150 160 170 180mH (GeV)

Tevatron Run II Preliminary

H WW() lνlνCDF 360 pb-1

H WW() lνlνD0 299-325 pb-1

SM gg H WW()

WH lνbbndash

CDF 319 pb-1

WH eνbbndash

D0 382 pb-1

SM WH Wbbndash

ZH ννndashbb

ndash

D0 261 pb-1

ZH ννndashbb

ndash

CDF 289 pb-1

SM ZH Zbbndash

WH WWWCDF 194 pb-1

WH WWWD0 363-384 pb-1

SM WH WWW

September 29 2005

図4現在までにTevatronで得られたヒッグス粒子探索の結果と理論予測

との比較 2 νμ―ντ振動実験（奥沢）

スイスジュネーブにある欧州共同利用原子核研究所(CERN)で行ったνμ―ντ振動実験の

解析を継続しているこの実験はニュートリノの質量の有無を調べることを主目的として

いる現在は原子核写乾板の画像解析もほぼ終了しているこの乾板中に記録された反応は

通常のν原子核反応としても扱えるのでこれを利用してチャームクォークの質量の精密計

測ν原子核反応前段面積の測定なども行っている（学術論文31-33）

30

図5シリコンマイクロストリップ飛跡検出器

Hダイバリオン及びペンタクォークの探索（山本） 高エネルギー加速器研究機構（つくば市）の陽子シンクロトロン施設においてK－ビームを

用いたΛΛ超重核探索実験(KEK-PS E373)のデータ解析作業を昨年度に引き続き進行中で

ある実験内容は昨年度の年次報告を参照されたい今年度はこれに加えて米国立ブルック

ヘブン研究所または現在茨城県東海村に建設中の文部科学省大強度陽子シンクロトロン施

設J-PARCで予定されている高統計の次期実験のためのシリコンマイクロストリップ飛跡検

出器の製作とテストを行った無事に実機の１号機(図5)は完成し宇宙線を使ったテストも

良好な結果を得ているまた同じく高エネルギ

ー加速器研究機構においてシンチレーティングフ

ァイバーブロック標的を用いたHダイバリオン共

鳴探索実験(KEK-PS E522)のデータ解析も続行

している（京都大学大阪大学東京理科大学

岐阜大学高エネルギー加速器研究機構との共同

研究）これはK－＋12CrarrΛ＋Λ＋K＋

3

＋X 反応を測

定しΛ＋Λ系の不変質量を再構成することによ

り(uuddss)の６クォーク状態と考えられているHダイバリオン共鳴状態を探索するものである以

前の実験でΛ＋Λ系の不変質量にピークらしいも

のが観測された(参考文献3)のを受けて高統計で

その真偽を確かめることを目的としている解析

は最終段階に入っておりプレリミナリな結果ではあるがやはり今回も理論で予測される

スペクトルよりも多少の超過が確認された(図6)この予想スペクトルに対する統計的優位性

は27σであるまたこの実験では同じセットアップを用いて π－＋prarrK－＋Θ＋rarrK－＋K＋＋n の反応を仮定してのペンタクォークΘ＋の探索も行われたΘ＋は( uudds )の５クォーク

状態として2003年に世界で始めて日本のSPring-8で発見され(参考文献4)その後ITEP(ロシ

ア)Jeffersonlab(米国)ELSA(ドイツ)等で追認され測定された質量は1530～1540MeVc

2である(参考文献567)しかしその多くがγ-核子反応からのものでハドロン反応での生

成はITEPでの泡箱写真解析による非常に少ない統計しかない状態であったので今回の

KEKでの実験となった入射π－の運動量は192GeVcであるデータ解析はp(π－K－)系でのmissing mass (喪失質量)を計算することで行いもし終状態に特定の粒子が出来ていれ

ばピークが立つはずである解析はほぼ終了しておりプレリミナリな結果として図7を得た

1530MeVc 2辺りにバンプが見られるバンプの中心値は1530 (stat) (syst)MeVc 2で

あるが統計的有意性は25σであり統計揺らぎの可能性も否定できないので今後のより

統計の高いデータが望まれる

+minus2219

+minus1913

Preliminary

図6ΛΛ不変質量分布 図7p(π－K－) 系の missing mass 分布

31

図8シンチレーティングファイバーブロック検出器で

得られたΣ＋p散乱の飛跡

4 ハイペロン－核子散乱断面積の測定（山本） これは山本が大学院時代から参加していた実験で今年度ようやくデータ解析が終了して

学術雑誌への発表も終わったのでその内容を紹介させて頂く核子－核子散乱データは今

日まで非常に多くの測定データが蓄積され

核子間相互作用の理解は非常に深まっている

がその反面同じバリオンであるΛΣ

Ξなどのハイペロンとの相互作用の研究は

その寿命の短さから来る実験データの少なさ

も相まって未だ発展途上にある言うまでも

ないがその先の目標はバリオン－バリオン

間相互作用の統一的理解であるそこで我々

は上記の3と同じ高エネルギー加速器研究機

構陽子シンクロトロン施設においてシンチ

レーティングファイバーブロック標的を用い

たΣ p 散乱断面積を求める実験を行い

(KEK-PS E289)そのデータ解析を行ってき

たΣ－p散乱に関しては既に発表済(参考文献

8)であるので今回はΣ＋p散乱の結果である

図8はシンチレーティングファイバーブロッ

ク標的で得られたΣ＋p散乱事象の例で実験

手法としては先ず167GeVc の入射π＋ビー

ムを使って得られた p(π＋K＋)Σ＋ 反応を探し出しそこでのΣ＋を今度は入射Σ＋ビーム

と見立てて陽子との散乱事象を測定するというものであるΣ＋の運動量が350MeVc ～750MeVc の範囲の断面積を求めたのもを図9に示す理論モデルとの比較においては

Nijmegenモデル(参考文献9)よりもRGMモデル(参考文献10)の方が近い結果を見せている

(学術論文34)

This work

(b)

This work

(a)f

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4u (cm) v (cm)

π+

K+

Σ+Σ+

pπ+

π+

K+

Σ+

Σ+

p

π+

図9Σ＋ｐrarrΣ＋ｐの弾性散乱断面積(a)Nijmegenモデルとの比較(b)RGMモデルとの比較 参考文献 1 DAcosta et al (CDF Collaboration) Phys Rev D 71 032001 (2005) 2 httpwww-cdffnalgovphysicsexoticr2a20041014lsdilep_whwww 3 J K Ahn et al (KEK-PS E224 Collaboration) Phys Lett B444 267 (1998) 4 T Nakano et al Phys Rev Lett 91 012002 (2003) 5 V V Barmin et al (DIANA Collaboration) PhysAtomNucl 66 1715 (2003) 6 V Kubarovsky et al (CLAS Collaboration) Phys Rev Lett 92 032001 (2004) 7 J Barth et al (SAPHIR Collaboration) Phys Lett B572 127 (2003) 8 Y Kondo et al (KEK-PS E289 Collaboration) Nucl Phys A676 371 (2000) 9 Th A Rijken V G J Stokes Y Yamamoto Phys Rev C 59 21 (1999) 10 Y Fujiwara K Miyagawa M Kohno Y Suzuki Phys Rev C 70 024001 (2004)

32

教育研究業績 学術論文 1 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Long-Lived Doubly-Charged

Higgs Bosons in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 071801 (2005)

2 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoFirst Evidence for 0sB φφrarr Decay and

Measurements of Branching Ration and A(CP) for B Kφ+ +rarr rdquo Phys Rev Lett 95 0 31801 (2005)

3 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Moments of the Hadronic Invariant Mass Distribution in Semileptonic B Decaysrdquo Phys Rev D 71 051103 (2005)

4 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Production Cross Section in

W W+ minus

pp Collisions at s = 196TeV using Dilepton Eventsrdquo Phys Rev Lett 94 211801 (2005)

5 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry from W eνrarr Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 051104 (2005)

6 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for ZZ and ZW Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 091105 (2005)

7 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the J ψ Meson and Hadron Production Cross Sections in

Bpp Collisions at s = 1960GeVrdquo Phys Rev D 71 032001

(2005)

8 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoAnalysis of Decay-Time Dependence of Angular Distributions in 0 SB J ψ φrarr and 0 d

0B J Kψrarr Decays and Measurement of the Lifetime Difference between Mass Eigenstatesrdquo Phys Rev Lett 94 101803 (2005) SB

9 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Cross Section for Prompt Diphoton Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 022003 (2005)

10 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Anomalous Kinematics in tt Dilepton Events at CDF IIrdquo Phys Rev Lett 95 022001 (2005)

11 K Hara T Okusawa K Yamamoto et al ldquoSensors for the CDF Run2B Silicon Detectorrdquo IEEE Trans Nucl Sci 51 1546-1554 (2004)

12 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurements of BB Azimuthal Production Correlations in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 092001 (2005)

13 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of the Boson Polarization in Top Decay at CDF at

Ws = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 031101 (2005) Erratum-ibid D 71 059901 (2005)

14 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry of Electron-Positron Pairs in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 052002 (2005)

15 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of Charged Particle Multiplicities in Gluon and Quark Jets in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev Lett 94 171802 (2005)

16 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Scalar Leptoquark Pairs Decaying to qqνν in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 112001 (2005) Erratum-ibid D 71 119901 (2005)

17 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Electroweak Single Top Quark Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 012005 (2005)

33

超低温物理学研究室

畑　　徹 教授

石川修六 助教授

矢野英雄 講師

小原　顕　 助手

中川久司(D5)半田　梓(M2)青木紀彦(M2)嘉戸隆介(M1)

研究概要1 超流動ヘリウム３中のエアロジェルの不純物効果

　エアロジェルは直径数ｎｍのシリカの紐が平均間隔数ｎｍから１００ｎｍの広い範囲で分布していて体積に占めるシリカの割合は数のものである超低温度ではヘリウム以外

の物質は固化しまた液体状態になるヘリウム４でもヘリウム３とは相分離するためにヘ

リウム３に不純物を入れることができないので超流動ヘリウム３の研究は完璧な純粋物質

としての研究の場であったしかしシリカの紐の平均間隔は超流動ヘリウム3のコヒーレン

ス長と同程度であるために超流動性が完全に壊れることはなく純粋な系に入った僅かな

不純物として振る舞う

1-1 ＮＭＲ法によるエアロジェル中の超流動ヘリウム３の相転移現象の研究（矢野石 　

　　　川畑嘉戸）

　空孔率９７５エアロジェル（不純物２５）を用いて核磁気共鳴法により超流動

相の秩序構造の同定と超流動状態の安定性について調べた３２bar以下の圧力下での超

流動相について調べた結果非一様な散乱モデルが転移温度の圧力変化不純物依存性を

良く説明し不純物効果としてこのモデルが有用であることを示した２４bar以上では

超流動相間の転移を観測した温度の降下上昇に対してこの転移は履歴現象を示しま

た冷却時昇温時ともに相転移に伴う共存現象も明らかになった共存の比率は履歴に

依存するがある温度幅以内では温度変化に対して共存が安定であるだけでなく比率も

変化しないことがわかった相境界が不純物のために自由に移動できないことを示してい

るまたパルスＮＭＲの結果より高温度側の相はバルク液体中のＡ相とは異なる凝縮

相であることが明らかになり理論的に提唱された新しい相の可能性がでてきた

1-2 第４音波法によるエアロジェル中の超流動ヘリウム３の不純物効果（小原石川

青木）

　エアロジェル中の超流動ヘリウム３の音波測定から超流動密度エネルギー損失を明ら

かにするために焼結銀中にエアロジェルを直接成長させたこの様な系にピエゾ素子

を圧力トランスデューサーに用いた第４音波測定法を用い系統的にエアロジェル空孔率

を変えた実験を行ったところ空孔率が小さいもの（不純物が多いもの）ほど超流動転移

温度超流動密度が抑制されることが明らかになったまた音波の損失の大きさは低温

では一定値になることが示されたこれは同時に行われた焼結銀のみのセルに対する結

果とは逆の性質であった損失が低温で一定になるということはヘリウム準粒子の平均

自由行程が低温で一定値になることを示しておりシリカの紐の平均間隔が自由行程の上

限を与えていることを示唆しているＮＭＲの測定で明らかになった超流動相関の転移に

起因する損失の履歴現象を初めて観測した

2 振動流中での超流動ヘリウム４量子渦のダイナミクス（矢野石川畑半田）

　　超流動ヘリウム中の超流動速場は位相の勾配で厳密に与えられ渦は秩序変数０の渦芯

（~１Å）とそのまわりを位相が２π変化する流れで構成され量子化されるこのため量子

渦は渦芯を糸と見なした準安定な構造を持つ渦糸の端は超流動中では存在せず端のな

3

いリング構造か両端が壁に付着した構造をとるリング構造の渦糸は消失するが両端が

壁に付着した渦糸はそのまま残り残留渦と呼ばれている

　　我々は振動子に付着した残留渦に着目している超伝導極微細線（NbTi 25 microm 直径）を用いた振動ワイヤーを開発した振動ワイヤーまわりの流れはワイヤーの速度が上がるに

つれ層流から乱流状態へ遷移しこれらの状態はある臨界速度できれいに分離する乱流状

態では速い流れのために付着渦が拡大しもつれ渦糸間の距離が接近したとき再結合が

起き渦糸リングと付着渦とに分かれると考えられる渦糸の拡大は Graberson Instability

として知られ拡大の始まる速度は渦糸の曲率と関係するすなわち臨界速度から付着渦の

サイズを推測することができるまた同じワイヤーで振動周波数を変えることに成功し

温度変化と併せて測定を行っている

３　回転する超流動ヘリウム３の研究（物性研京大との共同研究）（石川）

　　東京大学物性研究所に相互協力により完成した世界最高速度毎秒１回転で回転するサ

ブmK温度域の超低温度回転クライオスタットを用いて量子流体力学の研究を行っている昨

年度は次のプロジェクトについて研究を行った

　　超流動ヘリウム３中の渦状態は液中の１次元欠陥である回転実験装置を用いることに

より渦の生成消滅をコントロールすることができるバルク液体中では数種類の渦が観測さ

れている通常渦の周りの速度場は秩序波動関数の軌道部分の勾配で与えられ循環の量

子化現象は軌道部分での位相の量子化と関係している狭い隙間をもつ平行平板間の超流動

へリム３－Ａ相では軌道部分の波動関数が境界条件によって決まるため新しい渦構造が

可能となることが予想されているこの渦は波動関数のスピン部分をも含めて位相の量子化

が起こるだけでなく半整数の量子化が起こると考えられている非常に興味深いものである

幅１２micromの隙間を持つ平行平板内でこの半整数渦の観測を目指して実験を行った現時点では実験装置の不備もあり明確な証拠を得ていないしかし装置の回転が平行平板中の

超流動速度場にどのような変化をもたらすかについてＮＭＲの測定より理解が得られた

４ 熱音響冷凍機の開発（畑）

　　ループ型熱音響エンジンは熱エネルギーを音波エネルギーに変換するエンジンで圧

縮機などの機械を必要としないため長寿命という特徴を持っている可動部が全くないた

めメインテナンス不要使用ガスとしては特別なものは不用で空気でも可能であること熱

の再利用に用いると地球温暖化防止にも役立つことなどから環境に優しいエンジンとして

も期待されているものである小型のループ型の熱音響エンジンのデータ解析に基づき大

口径高出力のループ型熱音響エンジンとそれに直結させた冷凍機の建設が完了した最適

化の条件（冷凍機の取り付け位置スタックのサイズ形状加 熱温度等）を見出すため

に各場所での気体の仕事流熱流の解析を行っている

教育研究業績学術論文

1 H Nakagawa K Obara H Yano O Ishikawa and T Hata ldquoNMR Study of Superfluid Phasesof 3He confined in 975 Porous Silica Aerogelrdquo J Low Temp Phys 134 757-762 (2004)

2 K Kawasaki T Yoshida M Tarui H Nakagawa H Yano O Ishikawa and T Hata ldquoPhase-Transition Phenomena of 08 micro m Superfluid 3He Slabrdquo Phys Rev Lett 93 105301-1 ndash105301-4(2004)

3 M Yamashita A Matsubara R Ishiguro - - - O Ishikawa et al ldquoRotating Superfluid 3He in

Aerogelrdquo J Low Temp Phys 134 749-755(2004)4 R Ishiguro O Ishikawa M Yamashita et al ldquoVortex Formation and Annihilation in Three

Textures of Rotating Superfluid 3He ndashArdquo PhysRevLett 93 125301-1 ndash125301-4 (2004)

4

国際会議講演

1 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoImpurity Scattering Effects on Superfluid Phases in 3Hein 975 Porous Silica Aerogelrdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluids andSolids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

2 H Yano A Handa H Nakagawa et alldquoObservation of Laminar and Turbulent Flow inSuperfluid 4He using a Vibrating Wirerdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluidsand Solids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

3 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoPulsed NMR Study on A like phase of Superfluid 3He inlow porosity aerogelrdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluids and SolidsQFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

4 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoPressure dependence of the surface magnetization of3He on silica strands in aerogel immersed in liquid 3Herdquo(poster) The International Symposium onQuantum Fluids and Solids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

5 H Yano ldquoStudy of the turbulent flow in superfluid 4He using a vibrating wirerdquo (talk) TheSymposium on Superfluid Under Roration-2004 9-10 July 2004 the University of Trento Italy

6 O IshikawaldquoIntrinsic angular momentum in superfluid 3He -A in narrow cylindersrdquo (talk) TheSymposium on Superfluid Under Roration-2004 9-10 July 2004 the University of Trento Italy

7 H Yano ldquoStudy of the turbulent flow in Superfluid 4He using a vibrating wirerdquo (talk) Vortex andTurbulence in Classical and Quantum Fluids October 24-25 2004 the University of KyotoJapan

8 H Nakagawa R Kado K Obara H Yano O Ishikawa and T HataldquoNMR Studies on Liquid3He in aerogelrdquo(poster) Todai International Symposium 2004 and The ninth ISSP InternationalSymposium (ISSP-9) on Quantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid StatePhysics Japan

9 H YanoldquoObservation of Turbulent Flow in Superfluid 4He using a Vibrating Wirerdquo(talk) TodaiInternational Symposium 2004 and The ninth ISSP International Symposium (ISSP-9) onQuantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid State Physics Japan

10 M Yamashita K Izumina - - - O Ishikawa et al ldquoRotating Superfluid 3He-A in ParallelPlaterdquo(poster) Todai International Symposium 2004 and The ninth ISSP International Symposium(ISSP-9) on Quantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid State PhysicsJapan

11 O IshikawaldquoSpin Dynamics of Superfluid 3He in Aerogelrdquo(talk) ESF COSLAB NetworkConference 17-22 December 2004 Chamrousse Grenoble France

学会研究会講演

1 半田　梓「Vibrating Wire による4He超流動乱流の生成機構」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

2 中川久司「エアロジェル中超流動3Heにおける不純物散乱効果」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

3 石川修六「パルスＮＭＲによるエアロジェル中超流動3Heの研究」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

4 山下　穣「平行平板中の回転超流動ヘリウム３」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

5 矢野英雄「振動ワイヤーを用いた超流動ヘリウム中乱流の研究」　　非平衡系の統計物理シンポジウム　２００５年１月１９日~２１日　筑波大学

6 畑　徹「エアロジェル中の超流動ヘリウム３のA－B共存状態」　　日本物理学会　第６０回年次大会　東京理科大学

7 矢野英雄「Vibrating Wireによる4He超流動乱流の生成機構２」

　　日本物理学会　第６０回年次大会　東京理科大学

5

学位論文修士論文

1 半田　梓「Vibrating Wire法による 4He超流動乱流の生成機構」

博士論文

1 中川久司「エアロジェル中ｐ波超流動ヘリウム３」

研究助成金取得状況1 畑 徹受託研究岩谷瓦斯株式会社「熱音響発振器を使った冷凍機の開発」１００万円

2 畑 徹科学技術振興機構 先端計測分析技術機器開発事業「大気浮遊粒子用傾向Ｘ線

分析装置の開発」２００４年度分０円　(但し2004-2008年度全体では３７５０万円)

海外出張および海外研修1 石川修六イタリアトレント大学とフランスLPSENS2004年7月3~23日The International

Symposium of Quamtun Fluids and Solids QFS2004 およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004出席発表　および　研究打ち合わせ

2 矢野英雄the University of Trento Italy2004年7月3日~13日The International Symposiumon Quantum Fluids and Solids QFS-2004およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004　出席発表

3 畑　徹the University of Trento Italy2004年7月3日~13日The International Symposium onQuantum Fluids and Solids QFS-2004およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004　出席発表

4 石川修六Chamrousse Grenoble France　2004年12月17-22日 ESF COSLAB NetworkConference 招待講演

5 石川修六英国ロンドン大学(Royal Holloway) 2005年3月22日~9月２５日薄膜超流動ヘリウムに関する研究

その他1 畑　徹　2004年度　低温工学協会関西支部長2 石川修六2004年度　東京大学物性研究所客員助教授

6

光物性物理学唐沢　力 教授 謝　海燕 (D3) 大北健児 (M2) 上田祐士 (B4)

赤井一郎 助教授 岡田 明 (M1) 中村貴史 (B4)

鐘本勝一 助手 加藤 賢 (M1) 藤城明弘 (B4)

研究概要

1 層状結晶半導体中の高密度励起子の非線形光学応答 (大北赤井唐沢)

高密度励起子系において励起子間相互作用は励起子高密度相の物性を決定づけるそこで我々は励起子間に顕著な斥力相互作用を持つ層状結晶GaSe中の励起子系において励起子間相互作用の位相緩和への寄与に着目し縮退四光波混合(DFWM)スペクトルを調べたその結果DFWM信号の励起スペクトルに共鳴位置とその高低エネルギー両側に計 3つのピークを見出したこれらのピークのエネルギー間隔はGaSeの励起子系で顕著に観測される非弾性散乱過程によって交換されるエネルギーに相当するつまり励起子の非弾性散乱状態が関係する非線形光学過程がこの分裂したDFWM信号ピークを与えたものと考えた(StPetersburg 大学と共同研究)

2 高効率蛍光物質ヘキサキスピリジンチオラト銅結晶の光物性 (謝赤井唐沢)

ヘキサキスピリジンチオラト銅結晶 [Cu6(nL minusmpyt)6](nLは配位子の配置を示す)は高い発光効率とそのスペクトルが特異な温度依存性を示す特徴的な二つの緩和発光帯が銅クラスター内遷移と銅クラスターから配位子間の電荷移動型遷移によって現れること発光色の変化はこの二つの発光帯の熱活性過程による強度交替であることなどを明らかにしたまた時間分解発光スペクトルを調べ電荷移動型遷移発光帯が 2つの異なる減衰時定数をもった 2つの発光帯の重ね合わせとして観測されていることを明らかにしたこれらの励起子発光の温度依存性やダイナミクスは銅クラスター内遷移と電荷移動型遷移の 2つを考慮した配位座標モデルで説明できることを示した(物質分子系専攻分子設計学研究室と共同研究)

3 小型光捕集性デンドリマーの励起子ダイナミクス (赤井鐘本)

比較的低世代のデンドリマーにおいて光捕集性外周側鎖の光励起後の励起子の伝達ダイナミクスを調べたその結果これらの小型デンドリマーでは外周側鎖の光励起の後外周側鎖内部での振動緩和以前にコアへ励起子が伝達していることが明らかになったまたこれらの迅速な励起子のコアへの伝達を担う物理的機構はコアと光捕集性側鎖が結合する部分におけるそれらの電子励起子状態の波動関数の重なりによる短距離相互作用であると考えた(生体構造物性研究室ならびに信州大学繊維学部と共同研究)

4 デンドリマーにおけるエネルギー伝達の温度依存性 (岡田赤井鐘本)

光捕集性デンドリマーの光捕集アンテナは数多くの芳香環によって構成されておりそれらの芳香環が中心に位置するコア分子から外側に向かって枝分れしながら結合している形態をとるそのためこれらの光捕集アンテナ部分には多くの分子振動の自由度が存在し室温ではそれらの分子振動の自由度が比較的良く熱励起されていると考えられるこのような状況でも光捕集アンテナを光励起すると

7

極めて高い効率でコアへ励起子が伝達するのが光捕集性デンドリマーの特徴であるそこで励起子伝達ダイナミクスにおいて分子振動が担う役割を明らかにするためデンドリマーの励起子伝達ダイナミクスの温度依存性を調べたその結果試料を冷却して溶媒が凍結するとコアへの励起子伝達効率が著しく低下することが明らかになったこの顕著な温度依存性は室温で熱励起されている光捕集性アンテナ芳香環のねじれ振動が励起子の伝達に大きく寄与していることを意味する(生体構造物性研究室ならびに信州大学繊維学部と共同研究)

5 デンドリマーにおける励起子伝達の世代空間形態依存性 (加藤 赤井 鐘本)

光捕集性デンドリマーの光捕集アンテナを光励起すると高効率にコアへ励起子が伝達する特徴がありその伝達量子効率は光捕集アンテナの枝分れ世代数や空間形態に大きく依存することが知られているしかしそれらの励起子伝達の物理的機構は未だ系統的に理解されていないそこで光捕集アンテナが結合できる結合手を 4つ持ったコア分子に2sim4世代の枝分れ光捕集アンテナを3箇所に選択的に結合させた 34-m thデンドリマー (m = 2 sim 4光捕集アンテナの枝分れ世代数)の励起子伝達ダイナミクスを調べたその結果励起子のコアへの伝達量子効率が枝別れ世代数mの増加と共に若干低下する傾向が明らかになった(物質分子系専攻機能化学研究室と共同研究)

6 CdxMn1minusxTeCdyMg1minusyTe半導体量子井戸中のMn2+内遷移と励起子遷移 (赤井)

CdTe半導体にMnをドープするとCdサイトにMn2+が置換され共有性結合を形成するこのMn2+には d5電子が存在しMnを高密度にドープしたCdxMn1minusxTeとバリア層半導体CdyMg1minusyTe で量子井戸構造を形成するとCdxMn1minusxTeのバンド間を基礎とした励起子遷移と共存してそれぞれ特徴的な光学遷移を与える我々は原子数比で 40以上のMn2+をでドープした試料について量子井戸励起子とMn2+中 d5電子内遷移の発光を量子井戸厚を変化させた試料について系統的に調べたその結果特に数Kのネール温度以下の低温において高密度ドープした結果隣り合ったMn2+の d電子間の反強磁性相互作用が顕著になりそれを示す発光を見出した(StPetersburg 大学と共同研究)

7 Cu2O薄膜結晶の励起子スペクトル (赤井)

Cu2Oの最低励起子状態である para励起子は光学禁制で長い寿命を持ち高密度に集約させられる可能性を持つことから励起子系のボーズアインシュタイン凝縮が期待されている系であるそこで我々は空間的に励起子を閉じ込めやすいようにCu2O粉末を 2枚のMgO単結晶板で挟んでその間にCu2Oを溶解浸透させて作成したCu2O薄膜結晶を用意しその光学応答を調べたその結果吸収スペクトルでは黄色と緑色シリーズの励起子遷移が観測された一方発光スペクトルでは3本に分裂した ortho励起子発光とそれらのフォノンサイドバンド発光が観測されたこの分裂はMgOに挟むことによってCu2O薄膜結晶が歪みを受け分裂したものと考えた(大阪府立大学と共同研究)

8 自己形成CdTe量子点の励起子スペクトル (赤井)

ホットウォール法でZnTe上に自己形成させたCdTe量子点の光学応答とその温度変化を調べたその結果CdTe量子点に閉じ込められた励起子による発光と共に結晶成長時にCdTe量子点とバリア層ZnTeの間に形成されるCdTeぬれ層に束

8

縛された励起子の発光が観測されたまた試料作成時にCdTeの仕込み量が少ないCdTe量子点ではCdTe量子点の励起子発光が大きく高エネルギーシフトしZnTeのバンドギャップ近傍に現れたこの励起子発光の大きなブルーシフトはCdTeの仕込み量の少ない試料においてCdTeと ZnTeの混晶ぬれ層が形成されその結果CdxZn1minusxTe混晶半導体の量子点が形成されているためと考えた(山梨大学と共同研究)

9 π共役高分子のFETデバイスで誘起されるキャリアの研究 (鐘本)

近年π共役高分子を用いて電界効果トランジスタ (FET)特性が実現されることが報告されその応用に向けた研究が盛んになされているπ共役高分子として層構造を示すポリチオフェン誘導体ならびに大気中で安定なポリフルオレン誘導体に対して実際にトランジスタ動作を確認したそのデバイスに対してトランジスタ動作で誘起されるキャリアを吸収分光でとらえる実験を行い近赤外領域で特徴的な信号を観測したその信号は化学酸化で得られるキャリアに比べて低エネルギー領域に信号を有することが確認され高分子鎖間で広がった状態がキャリアとして働いていることが示唆された(University of Cambridgeとの共同研究)

10 長鎖チオフェンオリゴマーのポーラロンダイナミクス (鐘本)

π共役高分子はドープ状態で高い導電性を示しそのキャリアとして電子スピンを有するポーラロンが重要視されているそれら高分子のモデル化合物として長鎖オリゴマーを用いてESR特性を調べた特にそのESRスペクトルは高周波 (36 GHz)の実験において一般によく用いられるXバンド領域 (9 GHz)と線型及び線幅が顕著に異なるスペクトルを与えたこのことはポーラロンの運動の様子を異なる時間尺度で観測できたことを反映しており今後解析していくことでポーラロンダイナミクスについて詳細な情報が得られることが期待される(分子科学研究所との共同研究)

教育研究業績学術論文

1 H Xie I Kinoshita T Karasawa K Kimura T Nishioka I Akai K KanemotoldquoStructure Study and Luminescence Thermochromism in Hexanuclear 6-Methyl-2-Pyridinethiolato Copper(I) Crystalsrdquo

J Phys Chem B 109 pp9339-9345 (2005)

2 I Akai K Harai K Kouno T Karasawa ldquoPhotocalorimetric study on nonradiative relaxation processes and photolumines-cence quantum yields in Alq3 single crystalsrdquo

J Lumin 108 pp11ndash14 (2004)

3 H Xie M Tougezaka S Oishi I Kinoshita K Kanemoto I Akai T Karasawa ldquoLuminescence processes of hexanuclear methylpyridinethiolato-copper (I) crystalsrdquo

J Lumin 108 pp91ndash95 (2004)

4 V F Agekyan Yu A Stepanov I Akai T Karasava L E Vorobev D A FirsovA E Zhukov V M Ustinov A Zeilmeyer S Shmidt S Hanna E ZibikldquoLuminescence of Stepped Quantum Wells in GaAsGaAlAs and

9

InGaAsGaAsGaAlAs StructuresrdquoSemiconductors 38 pp565ndash571 (2004)

5 A Ito H Ino Y Matsui Y Hirao K Tanaka K Kanemoto T Kato ldquoA Bindschedlerrsquos Green-Based Arylamine Its Polycations with High-Spin Multi-plicityrdquo

J Phys Chem A 108 pp5715ndash5720 (2004)

国際会議会議録

1 I Akai K Watanabe K Yamashita K Kanemoto T Karasawa H HashimotoldquoExciton Dynamics in CdTeZnTe Quantum Dots Grown by Hot-Wall Expitaxyrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

2 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M KimuraldquoRapid Energy Transfer in Light-Harvesting Small Dendrimersrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

学会研究会講演

1 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢 力橋本秀樹木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

I-19 pp73ndash76 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

2 岡田 明赤井 一郎鐘本 勝一唐沢 力橋本 秀樹木村 睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

I-21 pp81ndash83 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

3 大北 健児丹治 淳鐘本 勝一赤井 一郎唐沢 力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

II-24 pp93ndash96 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

4 謝 海燕峠坂雅美加藤 賢木下 勇鐘本勝一赤井一郎唐沢 力「ヘキサキスピリジンチオラト銅 (I)錯体結晶の発光特性 (II)」

III-66 pp261ndash264 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

5 赤井一郎 岡田明 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

12pXD-12 第 4分冊 pp643日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

6 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

13pPSA-21 第 4分冊 pp660日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

7 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学応答スペクトル II」

24aPS-44 第 4分冊 pp668日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

10

8 岡田明 赤井一郎 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

24aPS-98 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

9 加藤賢赤井一郎鐘本勝一唐沢力大橋正和篠田哲史築部浩「光捕集性 3世代 34デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクス」

24aPS-99 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

その他

1 唐沢　力 　物理学教室談話会（新入生歓迎）　　　　　　　　　「私たちの行っている研究」　

2 唐沢　力　高大連携活動　市大授業　（2004年 5月 1日）　　　　　　　　　「大学で学ぶ物理 - 物理の面白さと必然性」

学位論文修士論文

1 大北健児 「 半導体GaSe結晶における高密度励起子の縮退四光波混合スペクトル」ldquoSpectra of High-Density Excitons in Semiconductor GaSe Crystal by Degenerate-Four-Wave Mixing Methodrdquo

博士論文

1 謝 海燕「 銅 (I)-クラスターを中心とする新規複合錯体化合物結晶の光励起状態とその緩和過程」ldquoPhoto-Excited States and Thier Relaxation Processes of Novel Cu(I)-Cluster-DominatedCoordination Compound Crystalsrdquo

研究助成金取得状況

1 唐沢 力 (代表者) 赤井一郎 鐘本勝一 飯田 武 鈴木正人文部省科学研究費補助金 基盤研究 (B-2) (課題番号14340095)(H14 6200千円 H15 4500千円 H16 1200千円)「半導体中に光学的に生成された量子凝縮相のダイナミックス」

海外出張および海外研修

1 鐘本勝一 「有機高分子を用いた最先端デバイス技術の習得及びその動作機構の解明」

Cavendish Laboratory Cambridge University UK Mar 2004 - Mar 2005

2 赤井一郎 6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter

(EXCONrsquo04) Cracow Poland 6-9 July 2004

11

生体構造物性研究室

橋本 秀樹 教授 丸山 稔 講師 杉﨑 満 講師

佐島 徳武 (PD) 藤井 律子 (PD) 柳 和宏 (D3学振PD)

西尾 友宏 (M2) 清水 麻登香 (M2) 和泉 拓朗 (M1) 楠本 利行 (M1) 下中 奨三 (M1) 藤原 正澄 (M1) 鈴木 聡 (B4) 重信 明孝 (B4) 若竹 伸幸 (B4)

研究概要

1 サブ10フェムト秒時間分解分光計測システムの構築とフェムト秒時間領域分光（杉﨑佐島橋本） 光合成反応系は生命の40億年とも言われる歴史に基づく自然選択の摂理により改良されてきた天然のエネルギー変換システムであるこの反応系は人類がこれまで構築し

た如何なるシステムよりも遥に速い変換速度（lt 100フェムト秒）で高効率のエネルギー変換（～100）を行うと考えられているそのため光合成反応系の初期過程のメカニズムを明らかにすることは基礎物理的にも応用的にも非常に重要である近年レーザ

ー技術の進歩により市販のレーザーを用いることで100フェムト秒程度の超短パルスを比較的簡単に手に入れることが可能となったしかし光合成系の初期過程を明らかに

するためにはそれよりも更に一桁以上時間分解能の良い光源の開発が必要不可欠となる

そのため我々の研究室ではチタンサファイア再生増幅器からのレーザー光を2つに分け一方を自己位相変調により白色光もう一方をBBO結晶を用いて第二高調波を発生させこれらの光の非同軸光パラメトリック増幅を行うシステムを構築した 今年度はフェムト秒再生増幅装置を励起光源とする非同軸光パラメトリック増幅器

（NOPA）2台の性能最適化を行った我々の持つ全てのノウハウを傾注しプリズム対およびチャープ鏡対を併用したパルス圧縮を行うことにより可視波長域（500sim750 nm）において最短6フェムト秒のパルス幅を持つ「本当の」フェムト秒光パルスの安定発生を達成した同レーザー光を用いてポンププローブ時間分解吸収分光縮退４光波混合計

測システムを構築した本レーザー装置の出力スペクトルに合致する吸収帯を持つ試料と

して極性カロテノイドアナログ及び共役二重結合数15を持つマクロカロテン分子についての時間領域分光計測を行ったいずれの試料においても過渡吸収変化にimpulsive stimulated Raman processに由来するコヒーレント振動が重畳した信号が観測された比較的干満な時間変化を示す極性カロテノイドアナログの場合は適当な窓関数を設定して

フーリエ変換を行うことによりコヒーレントフォノンモードの周波数及び強度の時間変

化が観測できた励起状態の位相緩和時間に対応すると考えられるコヒーレントフォノン

モードの減衰の時定数としてsim1 psが得られたこの値は観測している励起状態の寿命（sim2 ps）の半分程度の値を示している超高速な緩和を示すマクロカロテン分子においても同様なコヒレーントフォノン信号の時間変化が観測されたしかしながら本試料の場合

は時間領域に現れるコヒーレント振動が時間と共に変化する大変興味深い様相が確認さ

れたフーリエ変換を用いた従来どおりの解析はコヒーレント振動の時間変化が無い場

合に限り適応可能である上述の観測結果は単純なフーリエ解析の限界を打破する新た

な解析手法の創出が必須である事を示唆しているマクロカロテン分子に関してはポン

ププローブ分光の他４光波混合を用いた予備的な実験も行った

12

2 光合成光反応中心複合体におけるカロテノイドの構造安定化（橋本）

光合成系における機能発現には複数の光合成色素（カロテノイド及びクロロフィル）

がアポタンパク質により形成される反応場の中で空間的に規則正しく配列した色素蛋白

超分子複合体構造が密接に関係している特に光捕集光保護構造安定にはカロテノ

イド色素が重要な役割を果たしているこれまでに紅色光合成細菌Rhodobacter (Rb) sphaeroidesを中心に光保護作用に関する研究が数多くなされてきたこれはRb sphaeroidesがX線構造解析により蛋白の構造が解明されていることまたカロテノイド欠損株R-261と所望のカロテノイドを用いることにより人工の光反応中心を再構成できることなど興味深い研究の場を与えてくれることに起因するしかしながら光反応中

心に再構成されたカロテノイドが天然の物と同じ位置に取り込まれるかという最も基本

的かつ本質的な問題についてはこれまで明らかにされていなかった英国グラスゴー大

学及び米国コネチカット大学との共同研究によりRb sphaeroides R261の光反応中心にspheroideneや34-dihydrospheroideneを再構成した試料について高分解能X線構造解析を行ったその結果カロテノイドのバインディングサイトを明らかにすると共にフェニル

アラニンM162が門番の役目となりカロテノイドが一方向からのみ光反応中心に取り込まれていくという興味深い結果を得た更にトリプトファンM75が鍵の役目となりカロテノイドと水素結合することにより構造の安定化がなされていることを明らかにした

得られた結果を学術雑誌（Structure）にて公表した

3 アナログカロテノイドを再構築した光反応中心複合体の電場変調吸収分光（柳西尾清水橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と系外から有機合成により調製したアナログカロテノイドを再構築した人工のRCの電場変調吸収分光測定（室温及び低温）を行ったカロテノイド分子の有無により周囲に存在するバクテリオクロロフィル分子周辺の静電環境にどのような差異が生じる

のかを初めて定量化した室温（生理温度）で測定した場合カロテノイド分子から16 Aring離れて存在するスペシャルペアバクテリオクロロフィル分子の周辺の静電場にカロテノ

イド分子の有無により10 程度もの差異が生じることを明らかにした得られた成果を学術雑誌（J Phys Chem B）にて公表した

4 アナログカロテノイドを天然のアポ蛋白質に再構築した人工の光合成光反応中心複合体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本西尾橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と有機合成により調製した一連の共役鎖長を持つアナログカロテノイドを再構築した人工のRCのナノ秒時間分解吸収スペクトル測定を行った得られた吸収スペクトルデータのセットに対して特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを適用するこ

とにより極微弱な吸収スペクトル変化を精度良く検出することに成功した再構成RCに関する従来の研究では共役二重結合数（N）が9より少ないカロテノイドを再構築した場合光保護作用の発現のために必須のカロテノイドの三重項状態の生成が全く検出さ

れなかったが今回の我々の実験によりN=8およびN=9のカロテノイドを再構築したRCおいてもカロテノイドのT1 rarr Tn吸収スペクトルが観測できたこの結果はカロテノイ

ドの光保護作用の発現機構に関して従来概念を覆す画期的な成果であると考えられる 5 光合成膜中でのアンテナ色素蛋白複合体の超分子配置のその場観察（下中清水藤井橋本） 光合成細菌の光合成系は二種類のアンテナ色素蛋白複合体（LH1及びLH2）と光反応

中心（RC）の3つの色素蛋白複合体が有機的に結合した超分子配置を形成することにより生理機能を発現している平坦な光合成膜を持つ紅色光合成細菌Blc viridisから調製した

13

光合成膜試料に焦点を絞り画像計測の物差しを作成することを目的として研究を行った

Blc viridisにはアンテナ複合体としてLH1複合体のみしか存在しないことが知られている透過型電子顕微鏡（TEM）を用いた観測によりLH1複合体の直径10 nmに対応する環状の構造体が細密充填構造を取り配列している画像を取得した得られた画像をフーリエ変

換することにより三角格子構造を示唆する良好な回折パターンを得た回折点以外の余

分な成分を除去し逆フーリエ変換を行うことによりRC-LH1コア複合体の良好な画像を得ることに成功したこの画像データに対して統計処理を行ったところ環状構造体

の直径は98 plusmn 04 nm で分布しておりその中心にRCに対応する構造が観測されることからこの環状構造体がLH1複合体に帰属できることが明確となったまた各LH1リングは細密充填構造を取り配列しているが再隣接距離は約2 nm程度離れていることが明らかになった 単離生成したRC-LH1コア複合体をリン脂質二重層膜（Egg-PC）に再構築する方法を

確立したTEMを用いた観察（フーリエ解析）により再構成直後の人工光合成膜ではコア複合体は細密充填構造を取らず比較的ランダムに配列していた同試料の温度を上

下することで細密充填構造へ導けることが明らかになったこの結果はコア複合体の超

分子配列が制御可能であることを示唆しているコア複合体を再構築した人工光合成膜に

さらに他の種類の光合成細菌由来のLH2複合体を再構築した「本当の」人工光合成膜を作成すべく条件出し及びTEMによるその場観察を行っている

6 極性カロテノイドの同族体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本佐島橋本）

all-trans-レチナールと13-インダンジオンを縮合した2-all-trans-レチニリンデン-13-インダンジオン（RetInd）のTHF溶液に対して三重項増感励起によるナノ秒時間分解吸収分光測定を行った特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを用いたデータ解

析を行うことによりジカチオン状態に帰属できる過渡吸収バンドが特定できたカロテ

ノイド類ではTHFのような溶媒系（非重溶媒）でのラジカル生成は報告されておらずしかも三重項増感励起の際に見つかったこの特異な現象はカロテノイド（共役ポリエン

系）の電子構造を探索する上で重要な知見を与えていることが期待される

7 LH1アンテナ複合体の再構築とその電場変調吸収分光（鈴木藤井柳橋本） 紅色光合成細菌Rhodospirillum rubrumから共役二重結合鎖n = 13のカロテノイド（all-trans-spirilloxanthin）を単離精製した単離したカロテノイドをTriton X-100ミセル中でカロテノイドを除去したB880色素蛋白複合体の単量体サブユニットと再会合することによりRs rubrum LH1複合体を人為的に再構築した吸収スペクトル蛍光励起スペクトルおよび電場変調吸収スペクトルを測定することで再構成体と天然由来のLH1複合体についての比較検討を行ったLH1 complex再構成体はB880吸収帯が3 nm短波長シフトしている点とカロテノイド部分の振動構造がより明瞭になっている点を除けば天然体

と基本的に同様な吸収スペクトルを与えた蛍光励起スペクトルの測定によりカロテノ

イドからバクテリオクロロフィルへの励起エネルギー移動効率を決定したところ天然

LH1では35であったのに対し再構成LH1はこれより有意に高い40の効率を与えた電場変調吸収分光測定によってLH1複合体中のカロテノイド及びバクテリオクロロフィル分子の非線形光学パラメータ（光誘起分極率変化∆α光誘起双極子モーメント変化∆micro）を決定したところバクテリオクロロフィル分子では天然体と再構成体とで同様の値を与

えるのに対してカロテノイド分子では大きな差異が検出されたこの結果は再構成LH1複合体中のカロテノイド分子周辺の静電的環境が天然 LH1の場合とは明らかに異なっていることを示している電場変調吸収分光法は再構成体の構造に関して有意な情報を与

える分光学的手法であることが明らかになった 8 非線形光学材料の性能向上を目指した計測と評価（藤原丸山橋本）

大出力テラヘルツ電磁波（THz波）発生を実現するための有機非線形光学材料の性能評

14

価について種々の分光計測法を適用することにより多角的に検討を行った具体的な測

定対象となる有機非線形材料としては既に良好なTHz波発生が確認できている2-メチル-4-ニトロアニリン（MNA）誘導体について検討した 様々な置換基を有するN置換MNA誘導体の大量合成を行ったブリッジマン炉を用いた

融液からの結晶成長とゾーン精製による純化を行いこれらMNA誘導体からの良質な単結晶の作成を目指して勢力的に研究を展開した特に単結晶試料の透明性を追求し種々

の条件だしを行った得られた結晶の面方位はX線ラウエ法により評価した 結晶の2次非線形光学定数（dテンソル）の測定を行うための装置を作成して稼働し各

MNA誘導体結晶のdテンソル成分の相対値を決定したdテンソルの決定には第二高調波発生法を採用しその励起光源としてはNdYAGレーザーの基本波（1064 nm）を用いた結晶試料は回転ステージ上に固定し励起光の偏光（p偏光およびs偏光）に対して任意角度に回転角を設定できるようにした原理的に全部で27個あるdテンソル成分に関して結晶構造および結晶内における分子配置を考慮することにより測定結果をシミュレーシ

ョンするコンピュータプログラムの開発も平行して行った 以上の研究を通じて1）光学的に良質で大型のBNA単結晶の成長に成功した2）dテンソルの成分比を実験的に検証しdZZZ成分の異常な増大を観測した3）dZZZの異常な増

大は超分子クラスターを考えることで定性的に説明可能であることを明らかにした4）結晶中の水素結合によって形成されるネットワークがdテンソルに大きく影響を与える事を明らかにした目標である良質で大きな有機非線形光学結晶の開発と二次非線形感受

率テンソルの決定等の結晶面方位に即した物性評価をすることができ当初の計画を十分

満足する研究成果が得られた 9 氷六角板結晶の成長と融解の間に生じる非対称なパターン形成（丸山）

結晶にはミクロな構造的異方性があるために特定の方位の結晶面のみがマクロな結晶

外形を構成するすなわち成長形は成長速度の遅い方位の平面によって融解形は融解

速度の速い面によって囲まれるという法則がある両者は違った形になることが予測さ

れるがその関係をきちんと調べた例はほとんどないそこで氷と水の圧力下共存系を

対象にして系の温度を下げながら氷を成長させ温度を上げながら氷を融解させた得

られた成長形はプリズム面と基底面で囲まれた六角板状であるのに対して融解形は六角

形の角から優先的に解け出して定常状態では逆六角形を示したすなわち成長形が30度回転した相似形になったただしこれら六面はわずかに曲がったラフ方位の曲面である

従来融解形は角ばった先端から解け始め丸い定常形に落ち着くものと考えられていた

界面での成長融解の素過程を考慮した数理モデルを作ってこの非対称変化を定性的に

説明した 教育研究業績 学術論文 1 K Yanagi H Hashimoto AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the LH2

complex from Rhodobacter sphaeroides G1C frequency and temperature dependencerdquo J Phys Chem B 108 10334-10339 (2004)

2 H Hashimoto K Yanagi M Yoshizawa D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoThe Very Early Events Following Photoexcitation of Carotenoidsrdquo Arch Biochem Biophys 430 61-69 (2004)

3 H Hashimoto T Sashima K Yanagi and M Yoshizawa ldquoUltrafast Relaxation Processes of Photosynthetic Carotenoidsrdquo Rev Laser Engineer 32 701-710 (2004)

4 RJ Cogdell H Hashimoto and AT Gardiner ldquoPurple Bacterial Light-Harvesting Complexes

15

From Dreams to Structuresrdquo Photosynth Res 80 173-179 (2004) 5 W Wohlleben T Buckup H Hashimoto RJ Cogdell JL Herek and M Motzkus

ldquoPump-deplete-probe spectroscopy and the puzzle of carotenoid dark statesrdquo J Phys Chem B 108 3320-3325 (2004)

6 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of the inhomogeneous band-broadening on the nonlinear optical properties of hydrazonesrdquo Phys Rev B69 205103 (2004)

7 AW Roszak K McKendrick AT Gardiner IA Mitchell NW Isaacs RJ Cogdell H Hashimoto and HA Frank ldquoProtein Regulation of Carotenoid Binding Gatekeeper and Locking Amino Acid Residues in Reaction Centers of Rhodobacter sphaeroidesrdquo Structure 12 (2004) 765-773

8 T Nakajima H Nagasawa M Maruyama T Komatsu J Nelson ldquoMacroscopic crystallization of nanocrystals into supercrystalsrdquo Jpn J Appl Phys 43 1102-1103 (2004)

9 D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri K Yanagi H Hashimoto RJ Cogdell ldquoConjugation length dependence of internal conversion in carotenoids Role of the intermediate staterdquo Phys Rev Lett 93 163002 (2004)

10 D Kosumi H Hashimoto and M Yoshizawa ldquoPump Wavelength Dependence of Ultrafast Relaxation Kinetics in β-Carotenerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 29-31

11 RJ Cogdell H Hashimoto K Yanagi D Polli G Cerullo G Lanzani and S de Silvestri ldquoExcited Singlet States of Carotenoids and Their Involvement in Photosynthetic Light-Harvestingrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 60

12 S Hirota H Inoue A Teteishi H Hashimoto Y Tomita M Murakoshi T Nigo K Sekimoto J Yokoyama and H Funayama ldquoAssessment of Conjunctival Impression Cytology (CIC) Method of Beta-carotene and Canthaxanthin Fed Vitamin A Deficient Ratsrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 43-45

13 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of carotenoid on electrostatic environment around the bacteriochlorophyll special pair in the reaction center of the urple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 26-28

14 T Sashima I Matsuda K Misawa S Koshiara and H Hashimoto ldquoThe Control of Photoisomerization of All-Trans Retinal by Using Chirped Femtosecond Laser-Pulsesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 24-25

15 M Sugisaki T Sashima K Yanagi A Sugita and H Hashimoto ldquoStationary and Transient Optical Absorption Measurements in Polar Retinoid Analoguerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 20-23

16 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell H Hashimoto ldquoElectroabsorption spectroscopy of β-carotene homologs Anomalous enhancement of ∆micrordquo Phys Rev B71 195118 (2005)

17 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto JP Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8-13 conjugated double bonds as determined by electronic absorption spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 410 108-114 (2005)

18 D Kosumi K Yanagi T Nishio H Hashimoto M Yoshizawa ldquoExcitation energy dependence of excited states dynamics in all-trans-carotenes determined by femtosecond absorption and fluorescence spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 408 89-95 (2005)

19 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M Kimura ldquoRapid energy transfer in light-harvesting small dendrimersrdquo J Lumin 112 449-453 (2005)

20 K Kanemoto M Shishido T Sudo I Akai H Hashimoto T Karasawa ldquoConcentration-dependence of photoluminescence properties in polythiophene diluted in an inactive polymer matrixrdquo Chem Phys Lett 402 549-553 (2005)

21 K Yanagi M Shimizu H Hashimoto AT Gardiner AW Roszak RJ Cogdell ldquoLocal electrostatic field induced by the carotenoid bound to the reaction center of the purple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo J Phys Chem B 109 992-998 (2005)

22 M Maruyama ldquoRoughening transition of prism faces of ice crystals grown from melt under pressurerdquo J Crystal Growth 275 598-605 (2005)

国際会議会議録

16

1 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

2 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 363-367

3 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

国際会議講演 1 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and

reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

2 RJ Cogdell AT Gardiner S Prince TD Howard M Papiz H Hahsimoto K Yanagi HA Frank AW Roszak and NW Isaacs ldquoThe organisation of carotenoids in purple bacterial antenna complexes and reaction centres analysis of structure and functionrdquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

3 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

4 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

5 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

6 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoMolecular Architecture of Native and Reconstituted Pigment Protein Complexes of Purple Photosynthetic Bacteriardquo Open Workshop on Molecular Modified Electrodes for Clean Energy Conversion (2004 October 1) Panasonic Center Ariake Tokyo Japan

7 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on Materials Science and Nano-Engineering (2004 December 11-14) Osaka Univ Suita Osaka Japan

8 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto HA Frank RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet States of Carotenoids Having Shorter Conjugation Lengths Reconstituted into the Reaction Centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 Detected by Time-Resolved Absorption Spectroscopyrdquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

9 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner AW Roszak and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

10 H Hashimoto R Fujii K Yanagi A T Gardiner A W Roszak N W Issacs H A Frank and R J Cogdell ldquoStructures and functions of carotenoids bound to reaction centers from purple photosynthetic bacteriardquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17

11 R L Christensen H A Frank M Grace I Galinato E F Chu R Fujii and H Hashimoto ldquoThe optical spectroscopy of cis and trans polymers models for cis and trans carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

12 K Nakagawa R Fujii K Yanagi S Suzuki A T Gardiner R J Cogdell H Hashimoto and M Nango ldquoProbing the carotenoid in its biding site in a reconstituted light-harvesting complex 1 from the photosynthetic bacterium rhodospirillum rubrum with electroabsorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

13 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto and J-P Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8sim13 conjugated double bonds as determined by electro absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

14 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoExcitation energy dependence of relaxation kinetics and nonlinear optical responses in all-trans-carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

15 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto H A Frank R J Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet states of carotenoids having shorter conjugation lengths reconstituted into the reaction centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 detected by time-resolved absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

16 M Sugisaki K Yanagi R J Cogdell and H Hashimoto ldquoUltrafast coherent otical response in a β-carotene homologuerdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17 P Molnaacuter H Hashimoto G Toacuteth ldquoComparison of optical absorption- Raman- and FT-IR-spectroscopic data of several natural and semisynthetic (all-E)-carotenoisrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

18 R Nakamura P Wang R Fujii Y Koyama H Hashimoto and Y Kanematsu ldquoVibrational relaxation pathways in the electronic excited state of carotenoidrdquo 15th International Conference on Dynamical Processes in Exited States of Solids (2005 August 1-5) Shanghai China

19 H Hashimoto K Yanagi A T Gardiner A W Roszak and R J Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 6th International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors in Photosynthetic Organisms (2005 September 11-16) Lucerne Switzerland

学会研究会講演 1 赤井一郎中尾浩士鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「デンドリマー構造をもつ巨大分子の光励起ダイナミクスII」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

2 柳和宏AT GardinerRJ Cogdell橋本秀樹「光合成光反応中心複合体の電場変調吸収分光」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

3 佐島徳武楠本利行橋本秀樹「極性カロテノイド類のナノ秒時間分解吸収分光」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

4 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

5 小澄大輔橋本秀樹柳和宏小向牧人吉澤雅幸「フェムト秒分光を用いたカロテノイドのダイナミクスにおける励起光波長依存性」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

6 杉崎満佐島徳武杉田篤史橋本秀樹「極性カロテノイド類のフェムト秒分光 II」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

7 藤原正澄柳和宏丸山稔杉崎満黒柳和良高橋宏典青島紳一郎土屋裕橋本秀樹「N-benzyl MNA単結晶の二次非線型光学特性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

18

8 杉崎満柳和宏橋本秀樹「β-カロテンホモログ体における超高速光学応答」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

9 柳和宏杉崎満橋本秀樹「βカロテンホモログ体における電場変調吸収分光(II) 」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

10 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

11 小澄大輔小向牧人橋本秀樹吉澤雅幸「3準位電子系の超高速光学応答II波長可変励起光によるβ-カロテンの光誘起過渡吸収」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

12 丸山稔増田詩人「ファセット形成過程とラフ方位の曲率発展」第34回結晶成長国内会議 2004年8月25-27日 東京農工大学

13 Q WangY HanX WenP Hu廣田才之橋本秀樹「マウス免疫機能におけるカロテノイド類の効果」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

14 井上弘明本多由美子関本邦敏横山次郎上野隆嗣富田純史長田祥二橋本秀樹村越倫明廣田才之「ビタミンA欠乏系ラットに投与したカロフィルレッドカロフィルピンクの代謝の影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

15 吉澤雅幸小澄大輔小向牧人柳和宏橋本秀樹「共鳴および非共鳴励起によるβ-カロテンの初期緩和過程および超高速光学応答の研究」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

16 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「共役長が異なるカロテノイド類の超高速光学応答」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

17 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「短い共役鎖をもつカロテノイドの光保護作用－光反応中心複合体における三重項状態の検

出」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館 18 柳和宏橋本秀樹「βカロテンホモログ体の吸収スペクトルにあたえるexchange narrowingの影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

19 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「ポリエン共役長が異なるカロテノイド類の時間分解発光分光」日本物理学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス

20 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「光合成光反応中心複合体に再構築したカロテノイドへの三重項エネルギー移動」日本物理

学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス 21 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性Ⅱ」

22 A Cahoon M Maruyama and JS Wettlaufer ldquoGrowth-Melt Asymmetry in Icerdquo APS March Meeting March 21-25 2005 Los Angeles

解説 1 杉﨑 満ldquo測定法(8) ⎯顕微分光rdquo Optronics 11月号 (2004) pp180-188 2 橋本秀樹藤井律子杉﨑 満ldquo物質現象新技術(5) 有機バイオ-光合成アンテナ色素蛋白複合体カロテノイド超高速レーザー分光rdquo Optronics 5月号 (2005) pp159-169

その他 1 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント

19

制御」 2004年4月30日 立命館大学にて講演 2 橋本 秀樹「紅色光合成細菌の光反応中心及びコア複合体の構造」 2004年6月26日 「光合成細菌の色素系と反応中心に関するセミナーXII」（京都大学）にて講演

3 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント制御」 2004年7月23日 高エネルギー加速器研究機構にて講演

研究助成金取得状況 1 橋本 秀樹文部科学省萌芽研究「原子間力顕微鏡を用いた光合成アンテナ色素複合体超分子配置のイメージング」500万円

2 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(2)「人工光合成色素蛋白超分子複合体の動作機構の解明」1500万円

3 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(1)「カロテノイド励起状態中の振動緩和と光合成系におけるエネルギー伝達の研究」1500万円

4 橋本 秀樹NEDO国際共同研究プロジェクト「人工光合成アンテナとナノデバイス開発光合成アンテナ複合体の機能とナノデバイス開発のためのアンテナ複合体の組織化」

1500万円 5 橋本 秀樹科学技術振興機構さきがけ研究「光合成系の人為操作及び光反応制御」8000万円

6 橋本秀樹科学技術振興機構戦略的国際科学技術協力推進事業（日英協力）ナノ空間に配列させた光合成色素蛋白超分子複合体間における超高速励起エネルギー移動過程の

実時間動画撮影技術の確立」3000万円 7 杉﨑 満学術振興会若手研究(B)「光合成色素蛋白超分子複合体の単一分子超高速レーザー分光」50万円

8 杉﨑 満島津科学技術振興財団研究開発助成「青色極超短パルス光発生装置を用いた光合成コヒーレントプロセスの解明」80万円

海外出張および海外研修 1 橋本秀樹米国（Ventura Beach Marriottホテル）2004年1月3日～1月11日2004年度Gordon

Research Conference on Carotenoids への出席及び会議進行 2 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年6月5日～6月13日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

3 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年11月23日～12月3日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

4 橋本秀樹米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で集中講義コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

5 藤井律子米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で講義補助コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

その他 1 橋本秀樹日本物理学会 2003年度JPSJ編集委員 2 橋本秀樹日本カロテノイド研究会幹事役員Carotenoid Science編集委員長 3 橋本秀樹国際カロテノイド学会Council Member

20

素励 物理学研究室

坪田　誠　 教授

木　正人 講師

笠松　健一(PD)

R Hanninen(PD)

金本　理奈(PD)

西岡　圭太(D3)

小林未知数(D2)

三 　　 (D1)

星原　庸平(M1)

神野　大典(M1)

研究概要1 量子乱流のエネルギースペクトル（坪田小林）

　 年 流動乱流（量子乱流）と古典乱流の対応が注目されているボース凝縮の巨

視的波動関数が従うGross-Pitaevskii方程式の三次元数値 析を行い量子乱流が古

典乱流のもっとも代表的な統 則であるコルモゴロフ則を満たすことを示した 算は

全てフーリエ空間で行い大スケールの励 と小スケールの散逸を導入することで定

常乱流を作ったこれは古典乱流と同様のカスケード過程が量子乱流での存在すること

を示した初めての研究であるこの業績は読売新聞日経産業新聞で報道された

2 二成分ボース凝縮体のダイナミクスとテクスチャー（坪田笠松）

　前年度に引き続き二成分ボースアインシュタイン凝縮体に関する理論的研究を行い

２つの凝縮体の位相が結合した場合（内 ジョセフソン効果に相当）渦分子の形成を示

したまたスピンテクスチャーに関する研究を行った

3 交流 流動流れ場中の量子渦の運動（坪田Hanninen三 ）

　　　現在世界的に関心が持たれている振動細線によって作られる 流動乱流実験に関連

して簡単なピニングモデルによる交流流れ場中の量子渦の運動を調べた交流流れ

場の振動数に共鳴してケルビン波が励 され流れ場の強さを増すと多数の渦の再結

合および生成が こり実験結果と定性的に符合する結果を得た

4 回転下ボソン-フェルミオン混合状態（坪田金本）

　回転下の中性原子気体のボソン-フェルミオン混合状態の基底状態の研究を行い原

子間相互作用と回転振動数に応じてフェルミオンが様々な状態変化を行うことを明ら

かにしたこれらは量子ドット量子ホール効果に特徴的な状態を含みこれらの系

との興味深い対応を明らかにしている

5 ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体（坪田小林）

　バイコールグラスなどのナノスケールの多孔体に閉じ込められたヘリウム４を加圧し

た時に 流動- 流動の量子相転移が慶応大学のグループによって観測されたこ

の実験に関連して閉じ込めポテンシャル中の強相関ボース流体の研究を行いボース

凝縮体の局在に関する判定基準を新たに導入することで実験結果と定量的に良い一致

を得た

21

教育研究業績

学術論文

1 KKasamatsu MTsubota M Ueda ldquoVortex molecules in coherently coupled two-componentBose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev Lett 93 250406(1-4) (2004)

2 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of superfluid turbulence Numerical analysis of the Gross-Pitaevskii equation with a small-scale dissipationrdquo Phys Rev Lett 94 065302(1-4)(2005)

3 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoSymmetry breaking and enhanced condensate fraction in a matter-wave bright solitonrdquo Phys Rev Lett 94 090404(1-4)(2005)

4 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoSpin textures in rotating two-component Bose-Einsteincondensatesrdquo Phys Rev A71 043611(1-14)(2005)

5 K Kasamatsu M Machida N Sasa MTsubota ldquoThree-dimensional dynamics of vortex-latticeformation in Bose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev A71 063616(1-5) (2005)

6 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoVortices in Multicomponent Bose-Einstein CondensatesrdquoInt J Mod Phys B19 pp 1835-1904(2005) (Invited review article )

7 KKasamatsu MTsubota ldquoModulation Instability and Pattern Formation in Two-componentBose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 669-674(2005)

8 M Kobayashi MTsubota ldquoBose-Einstein Condensation and Superfluidity of Strongly Cor

related Bose Fluid in a Random Potentialrdquo J Low Temp Phys 138 pp189-194(2005)9 MTsubota K Kasamatsu ldquoDynamics of Quantized Vortices in Superfluid Helium and Rotating

Bose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 471-480(2005)10　R Hanninen A Mitani MTsubota ldquoSuperfluid 3He-B Vortex Simulations inside a Rotating

Cylinderrdquo J Low Temp Phys 138 pp 589-594(2005)11 R Kanamoto H Saito MTsubota M Ueda ldquoMany-Body Analysis of the Hess-Fairbank Effect

in One-Dimensional Bose-Einstein condensates with attractive interactions rdquo J Low TempPhys 138 pp 681-686(2005)

12 M Tsubota M Kobayashi ldquoKolmogorov spectrum of the Gross-Pitaevskii turbulencerdquo JPhysics and Chemistry of Solids 66 pp 1498-1500(2005)

13 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of quantum turbulence J Phys Soc Jpn 74pp 3248-3258 (2005)

14 K Nishioka M Suzuki ldquoDynamics of unidirectional exciton migration to the molecularperiphery in a photoexcited compact dendrimerrdquo J Chem Phys 122 024708(2005)

国際会議講演

1 MTsubotaldquoQuantized vortices in superfluid helium and Bose-Einstein condensates (Invited) The Third 21COE Symposium Astrophysics as Interdisciplinary Science Waseda Univeristy Tokyo Japan 2005 91-3

2 R Hanninen J Kopu EV Thuneberg MTsubota ldquoStability of Quantized Vortices UnderRotation Helically Twisted Vortex Bundlerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

3 AP Finne VB Eltsov G Eska R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoVortex Multiplication in Applied Flow the Precursor to Superfluid Turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

4 M Kobayashi ldquoInertial range of steady quantum turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

5 A Mitani ldquoCorrelation between Quantum Vortices and Eddies in Normal Fluid Turbulen

22

ce rdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005

8 18-206 M Tsubota M Kobayashi ldquoInertial Range and the Kolmogorov Spectrum of Quantum T

urbulencerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

7 AP Finne VB Eltsov R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoRelaxation of a Helical Vortex Clusterrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

8 VB Eltsov AP Finne R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoPropagation of Quantized Vorticity in a Rotating Columnrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

9 R Hanninen A Mitani and M Tsubota ldquoSimple Pinning Model for Vibrating Wire Turbulence in Superfluid Heliumrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

10 R Kanamoto M Tsubota ldquoEnergy Spectrum of Fermions in a Rotating Boson-Fermion Mixturerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

11 M Kobayashi M Tsubota ldquoLocalization of Bose-Einstein Condensation and Disappearance of Superfluidity of Strongly Correlated Bose fluid in a Confined Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

12 A Mitani R Hanninen M Tsubota ldquoCritical Velocity for Superfluid Turbulence at High Temperaturesrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics Universityof Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

13 H Takeuchi K Kasamatsu and M Tsubota ldquoVortex Structures in Rotating Two-component Bose-Einstein Condensates in an Anharmonic Trapping Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

14 M Tsubota ldquoQuantized vortices in Bose-Einstein condensatesrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

15 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoCenter-of-mass fluctuations in a matter-wave bright solitonrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

16 M Tsubota ldquoNumerical study of quantum turbulence (Invited)rdquo Conference on Vortex Rings and Filaments in Classical and Quantum Systems ICTP Trieste Italy 2005 6 6-8

17 M Tsubota ldquoWhat we can do from numerical studies (Invited)rdquo Workshop on New Experimental Techniques for the Study of Quantum Turbulence ICTP Trieste Italy 2005 6 9-10

学会研究会講演

1 小林未知数坪田誠「ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体におけるボース

凝縮の局在と 流動の消失」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

2 坪田誠「 流動ヘリウムおよび中性原子気体BECの量子流体力学」（招待講演） 日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

3 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転ボーズアインシュタイン凝縮系の3次

元渦糸シミュレーション」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

4 竹内宏光笠松健一坪田誠「 調和ポテンシャル中の回転2成分ボース凝縮体にお

23

ける渦構造」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

5 R Hanninen 三 坪田誠「Quantum turbulence around a vibrating wire」日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

6 　三 R Hanninen坪田誠「「速度に依存しない乱流遷移」は熱カウンター流で

も存在するか」日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

7 三 「 流動乱流と古典乱流の 似性相違性」第54回理論応用力学講演会（日

本学術会議 メカニクス構造研究連絡委員会主催）2005 1 25-27

8 三 「 流動ヘリウム中での乱流遷移」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱

流現象と力学系的縮約」2005 1 12-14

9 　小林未知数「量子流体における乱流現象とエネルギースペクトル Gross-Pitaevski

i方程式による 析」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱流現象と力学系的縮

約」2005 1 12-14

10 坪田誠「乱流の量子古典対応」（招待講演）九州大学応用力学研究所研究集会「乱

流研究の異分野融合と新たな創成」2005 6 16-18

11 　金本理奈坪田誠「回転ボースフェルミ混合系における量子渦とフェルミ原子の

相互作用」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

12 小林未知数坪田誠「Gross-Pitaevskii方程式による 流動乱流のエネルギースペ

クトルII」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

13 　三 坪田誠「常流体乱流中の量子渦ダイナミクスの統 的性 」日本物理学会

2005年秋季大会　同志社大学

14 　藤山将士R Hannienn坪田誠「量子渦糸と球状粒子の相互作用運動－ 流動乱

流の可視化に向けて」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

15 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転BEC系におけるエネルギー散逸と乱

流状態」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

学位論文

博士論文

1 西 岡 圭 太 「 樹 木 状 分 子 デ ン ド リ マ ー に お け る 振 動 エ ネ ル ギ ー 及び励 子の分子内移動ダイナミクス」

研究助成金取得状況1 坪田誠日本学術振興会基盤研究(B)「 流動ヘリウムおよび中性原子気体ボース凝

縮系における量子渦の物理」590万円

2 笠松健一日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

3 小林未知数日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

その他 1 坪田誠日本物理学会代議員

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超高エネルギー研究室

川上三郎 教授 林 嘉夫 助教授 松山 利夫 技術職員(システム計測室)

小島 浩司 (D3) 田中 秀樹 (D3) 野中 敏幸 (D3) 大嶋 晃敏 (D1)

松本祐輔（M1） 松本慶一郎(M1) 清水伸明（M1） 奥田剛司（B4）

研究概要

1 宇宙粒子線による点源探索と加速機構の研究（川上林松山小島田中野中大嶋松本（慶）松本（祐）清水） インドデカン高原南部の Ootyでタタ基礎研究所との共同研究で表題の研究を行っ

ているこのために大規模空気シャワー観測装置の建設運転を継続中である現在

シンチレーション検出器（1m２）約 280台および４基のミューオン検出装置（合計 560m２＞1GeV）でデータ収集を行っておりデータを蓄積しつつ解析を進めている到来方向の角度精度の向上を図るために導入した粒子入射時刻較正システムを用いて較正を

行ったまた検出面積の拡張のためにファイバーを使った新しいシンチレーション検

出器 30台を製作し空気シャワーアレイに組み込んだこの様にして得られた空気シャワーの観測結果を解析した結果 1014～1015eV付近においては一次宇宙線の原子核組成が徐々に重い原子核が増加しているという新しい知見が得られたので学位論文（田中）

として公表した 2 太陽系近傍における宇宙線の異方性の研究（川上林松山小島田中野中大嶋 松本（慶）松本（祐）清水） Ootyの大規模空気シャワー観測装置の一部である４基のミューオン検出装置を用いて数十 GeVの一次宇宙線の時間変動を高精度で方向別に観測を続け約 3年間のデータの蓄積を得たこれらのデータの解析結果から太陽圏の周辺磁場の構造に関して重要な知

見が得られたので学位論文（小島）として公表した 3 L3+Cosmic実験（川上林） L3+C実験はＣＥＲＮ（ヨーロッパ高エネルギー物理学研究所）において LEP（Large Electron Collider）のＬ３実験で用いられた高エネルギーミューオンの運動量を精密に測定する装置を使用して宇宙線中の高エネルギーミューオン（15GeV～1TeV）の測定を行った実験装置 及び解析の結果は同研究所の L3C のホームページ

25

(httpl3cosmicscernch8000l3cwww)に紹介されている L3+C実験は完了していて現在はデータ解析とまとめが行われている解析の主なテーマとしては 1013ｅV～１0１６eVにおける一次宇宙線の化学的成分の測定50GeV～１TeVの大気ミューオンのエネルギースペクトラムミューオン荷電比月の影を利用した高

エネルギー宇宙線反陽子の強度観測太陽フレアに伴う GLE現象における高エネルギーミューオンの観測などが対象となっている解析の結果 20GeV～3000GeVの範囲の大気ミューオンについて高精度なエネルギースペクトラムが得られたのでそれを公表した

4 新しい日印宇宙線共同研究の検討（川上林） ヒマラヤのハンレーにおける高エネルギー宇宙線観測計画の可能性を調査検討する

ためにタタ研究所を訪れ今後の共同研究の進め方について議論を行ったその結果

出来るだけ早期に 3m口径のチェレンコフ望遠鏡を導入することが合意された 5宇宙線望遠鏡計画 (Telescope Array Project)（川上林田中野中松本（祐）松本（慶）清水奥田） 宇宙線望遠鏡計画は最高エネルギー領域（～＞1020eV）の宇宙線を広大な面積を持つ（～1000km2）空気シャワー観測装置をユタ州のミラード郡に設置し観測しようと

する計画である観測装置の建設には 4 年を要するこの宇宙線望遠鏡は空気シャワー観測装置としては世界最大であった AGASA（東京大学宇宙線研究所付属明野観にある超大空気シャワー観測装置現在は終了）の１０倍の規模を持ち統計精度の良いデータ

の収集が期待されている 地表検出器はシンチレーション検出器約 500 台を使用し主として大阪市立大学がこ

の部分の開発製作を担当しているこの他に大型の固定式蛍光望遠鏡３基により空

気シャワーが大気中を発達する様子を精密に測定し一次宇宙線の核種やエネルギーな

どを測定する平成 15年度から 6年間の予定で特定領域研究（科研費）が採択され東京大学宇宙線研究所を中心として多くの大学が参加しているエンジニアリングアレイ

として 20 台が製作されその内の 18 台が現地に展開され試験的にデータ収集を行う事が出来た

教育研究業績

学術論文 １PAchard SKGupta YHayashi SKawakami SCTonwar et al ldquoMeasurement of the atmospheric muon spectrum from 20 to 3000 GeVrdquo

Physics Letters B 598 15‒ 32 (2004) ２SKGupta YHayashi SKawakami HKojima TNonaka HTanaka SCTonwar

et al

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ldquoGRAPES-3 A high-density air shower array for studies on the structure in the cosmic-ray energy spectrum near the kneerdquo

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 540 311-323 (2005)

学会研究会講演 日本物理学会 2004年秋季大会(2004年 9月) 高知大学 1 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（2） 2 川上三郎テレスコープアレイ計画 78地表検出器の総合試験の評価 日本物理学会 第 60回年次大会(2005年 3月) 東京理科大学 1 大嶋晃敏Ooty空気シャワー実験 20（検出器間の相対時刻較正Ⅳ） 2 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（3）

学位論文

博士論文 （Study of Cosmic Ray Sidereal Anisotropy with GRAPES-3 Muon

Telescopes） ( A Study of Nuclear Composition of Primary Cosmic Rays with GRAPES-3

Air Shower Experiment )

研究助成金取得状況

１ 林 嘉夫学術振興会基盤研究（B）（360万円） 「空気シャワーアレイ用粒子到来時刻較正システムによる角分解能向上の研究」 ２ 川上三郎学術振興会基盤研究Ｃ （50万円） 「大型ミューオンテレスコープによる太陽フレアと銀河宇宙線の異方性の研究」 ３川上三郎文部科学省特定研究 （10100万円） 「地表検出器の開発と AGASA検出器による較正」 ４川上三郎東京大学宇宙線研究所共同利用 （55万円） 「大型ミューオンテレスコープによる銀河宇宙線強度の観測」

海外出張および海外研修

１ 林 嘉夫インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と宇宙線化学組成の研究」 2004年8月7日－2004年10月5日

小島浩司 GRAPES-3 ミュオン望遠鏡による宇宙線恒星時異方性の研究 田中秀樹 GRAPES-3 空気シャワー実験による一次宇宙線原子核組成の研究

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インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と

宇宙線化学組成の研究」2005年1月24日－2005年3月8日

２ 川上三郎インドタタ研究所インド天文物理学研究所 「新しい日印宇宙線共同研究についての打ち合わせ」2005年 1月 6日～17日

3川上三郎米国ユタ州ミラード郡 「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日

4奥田剛司米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作及び設置」 2004年 11月 15日～12月 23日 ５松山利夫米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日 ６大嶋晃敏インドタタ研究所 「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線

源と宇宙線化学組成の研究」 2004年9月16日－2005年1月10日

その他

1 川上三郎東京大学宇宙線研究所実施専門委員 2 川上三郎大阪大学附属核物理センター運営委員

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高エネルギー物理学研究室

奥沢 徹 教授 清矢 良浩 助教授 山本 和弘 助手

平本 潤一(M2) 坂井 俊之(M2) 脇坂 隆之(M1)

東田 翼(B4)

研究概要 陽子反陽子衝突型加速器を用いた素粒子実験（奥沢清矢山本平本坂井脇坂） 米国フェルミ国立加速器研究所における日米協力研究の一環として陽子-反陽子衝突型加

速器テバトロンと汎用型素粒子検出器CDFを用いた実験を遂行したRun-Iのデータ収集は

すでに終了しており重心系衝突エネルギー18TeVにおいて積分ルミノシティ約109pbminus1の

データが蓄積されているそのデータを用いたヒッグス粒子の探索トップクォーク性質

の調査電弱相互作用の測定QCDの検証超対称性に関連する新粒子やR-Parityを破る現

象の探索などの実験の解析を行ってきたがそれら一連の解析は終了しつつある 本年度においても重心系衝突エネルギ

ー196TeV でのRun-IIデータ収集が順調

に継続中である加速器のビーム強度も本

年度は10倍以上に増強され積分ルミノシ

ティも2005 年3月現在で900pbminus1となった

この内磁気テープに保存されデータ解析

に使用可能な分が約700pbminus1となっている

(図1) この高統計データを用いたヒッグ

ス粒子の探索ボトムクォークやトップク

ォークの性質をさらに詳しく調べるため

の解析が精力的に進められ結果も出始め

ている（学術論文1-30)CDF Run-II検出

器の詳細については参考文献1を参照され

たい我々の研究室では本年度も検出器

各部の校正とデータ解析用の大容量ディ

スク装置の更なる整備を行い解析のため

の計算機能力増強が継続され主にヒッグス粒子やSUSY粒子探索を遂行している特に今

年度は中性ヒッグス粒子探索に於いて大きな進展があったのでここで紹介する 我々の研究室が担当しているヒッグス粒子の探索モードは 0 pp Wh WWW Xν νplusmn plusmnrarr rarr rarr (1)

というW ボゾン付随生成からのヒッグス粒子がWW へ崩壊し終状態に同符号の電荷を持つ

２つのレプトン(e または μ)が現れるというモードであるヒッグス粒子を除いた素粒子標

準模型ではこの「同符号電荷二重レプトン」という事象は非常に稀なため標準模型を越え

る素粒子探索には非常にシグナルノイズ比が良いという利点がある我々は2004年夏までに

蓄積された1935pbminus

1

図1CDFにおける積分ルミノシティ

1

cgt

のデータを用いて同符合電荷二重レプトンを持つ事象を選び出し様々

な吟味を加えた先ず種々の検出器からの応答からレプトンであるという同定を与えた後に

さらに２つのレプトンの横運動量 が p を満たすサンプルを集め

た結果得られた事象数は標準模型から得られる量と誤差の範囲で一致を見た特に図2

に示すようにヒッグス粒子に感度が高い領域(縦軸 が小さい方のレプトンの 横軸

２つのレプトン運動量のベクトル和の横成分)に於いて期待値095plusmn061(stat)plusmn018(s

yst)に対して検出数は0であったこのことから我々は

Tp 20 GeVTp cgt 6 GeVT

Tp Tp

0pp Whrarr の生成断面積と

の崩壊分岐比の積

0 h WWrarr0 0( ) (pp Wh Br h WWσ rarr sdot rarr ) に対する上限値を95の信頼度でハドロンコ

ライダーにおいて世界で始めて得ることに成功した(図3)(参考文献2) 論文は現在執筆中

である理論値に対してまだ２桁の開きがあるが現在さらに蓄積された1fbminus1のデータを解

29

析中であるまた図4は現在までにテバトロンで得られたヒッグス粒子探索全体の様子である

p0 20 40 60 80 100 120

0

10

20

30

40

50

60-11935 pbCDF Run II Preliminary

(GeVc)

eee

μμμμe

Expected 62plusmn 34

Region C

Expected 293plusmn 71Observed 30

Region B

Region A

Observed3

Expected 81plusmn 31Observed 12

Signal boxExpected 095plusmn 080Observed0

)2Higgs mass (GeVc

-11935 pbCDF Run II Preliminary

Cross section upper limit of WH signal

100 120 140 160 180 200100 120 140 160 180 20010

2

101

1

10

102

Observed 95 CL limit

SM higgs

Bosophilic higgs

図2最終的に得られた事象数に対する期待値との

比較

図3得られた断面積の上限値(95CL)と理論値と

の比較

10-2

10-1

1

10

110 120 130 140 150 160 170 180mH (GeV)

Tevatron Run II Preliminary

H WW() lνlνCDF 360 pb-1

H WW() lνlνD0 299-325 pb-1

SM gg H WW()

WH lνbbndash

CDF 319 pb-1

WH eνbbndash

D0 382 pb-1

SM WH Wbbndash

ZH ννndashbb

ndash

D0 261 pb-1

ZH ννndashbb

ndash

CDF 289 pb-1

SM ZH Zbbndash

WH WWWCDF 194 pb-1

WH WWWD0 363-384 pb-1

SM WH WWW

September 29 2005

図4現在までにTevatronで得られたヒッグス粒子探索の結果と理論予測

との比較 2 νμ―ντ振動実験（奥沢）

スイスジュネーブにある欧州共同利用原子核研究所(CERN)で行ったνμ―ντ振動実験の

解析を継続しているこの実験はニュートリノの質量の有無を調べることを主目的として

いる現在は原子核写乾板の画像解析もほぼ終了しているこの乾板中に記録された反応は

通常のν原子核反応としても扱えるのでこれを利用してチャームクォークの質量の精密計

測ν原子核反応前段面積の測定なども行っている（学術論文31-33）

30

図5シリコンマイクロストリップ飛跡検出器

Hダイバリオン及びペンタクォークの探索（山本） 高エネルギー加速器研究機構（つくば市）の陽子シンクロトロン施設においてK－ビームを

用いたΛΛ超重核探索実験(KEK-PS E373)のデータ解析作業を昨年度に引き続き進行中で

ある実験内容は昨年度の年次報告を参照されたい今年度はこれに加えて米国立ブルック

ヘブン研究所または現在茨城県東海村に建設中の文部科学省大強度陽子シンクロトロン施

設J-PARCで予定されている高統計の次期実験のためのシリコンマイクロストリップ飛跡検

出器の製作とテストを行った無事に実機の１号機(図5)は完成し宇宙線を使ったテストも

良好な結果を得ているまた同じく高エネルギ

ー加速器研究機構においてシンチレーティングフ

ァイバーブロック標的を用いたHダイバリオン共

鳴探索実験(KEK-PS E522)のデータ解析も続行

している（京都大学大阪大学東京理科大学

岐阜大学高エネルギー加速器研究機構との共同

研究）これはK－＋12CrarrΛ＋Λ＋K＋

3

＋X 反応を測

定しΛ＋Λ系の不変質量を再構成することによ

り(uuddss)の６クォーク状態と考えられているHダイバリオン共鳴状態を探索するものである以

前の実験でΛ＋Λ系の不変質量にピークらしいも

のが観測された(参考文献3)のを受けて高統計で

その真偽を確かめることを目的としている解析

は最終段階に入っておりプレリミナリな結果ではあるがやはり今回も理論で予測される

スペクトルよりも多少の超過が確認された(図6)この予想スペクトルに対する統計的優位性

は27σであるまたこの実験では同じセットアップを用いて π－＋prarrK－＋Θ＋rarrK－＋K＋＋n の反応を仮定してのペンタクォークΘ＋の探索も行われたΘ＋は( uudds )の５クォーク

状態として2003年に世界で始めて日本のSPring-8で発見され(参考文献4)その後ITEP(ロシ

ア)Jeffersonlab(米国)ELSA(ドイツ)等で追認され測定された質量は1530～1540MeVc

2である(参考文献567)しかしその多くがγ-核子反応からのものでハドロン反応での生

成はITEPでの泡箱写真解析による非常に少ない統計しかない状態であったので今回の

KEKでの実験となった入射π－の運動量は192GeVcであるデータ解析はp(π－K－)系でのmissing mass (喪失質量)を計算することで行いもし終状態に特定の粒子が出来ていれ

ばピークが立つはずである解析はほぼ終了しておりプレリミナリな結果として図7を得た

1530MeVc 2辺りにバンプが見られるバンプの中心値は1530 (stat) (syst)MeVc 2で

あるが統計的有意性は25σであり統計揺らぎの可能性も否定できないので今後のより

統計の高いデータが望まれる

+minus2219

+minus1913

Preliminary

図6ΛΛ不変質量分布 図7p(π－K－) 系の missing mass 分布

31

図8シンチレーティングファイバーブロック検出器で

得られたΣ＋p散乱の飛跡

4 ハイペロン－核子散乱断面積の測定（山本） これは山本が大学院時代から参加していた実験で今年度ようやくデータ解析が終了して

学術雑誌への発表も終わったのでその内容を紹介させて頂く核子－核子散乱データは今

日まで非常に多くの測定データが蓄積され

核子間相互作用の理解は非常に深まっている

がその反面同じバリオンであるΛΣ

Ξなどのハイペロンとの相互作用の研究は

その寿命の短さから来る実験データの少なさ

も相まって未だ発展途上にある言うまでも

ないがその先の目標はバリオン－バリオン

間相互作用の統一的理解であるそこで我々

は上記の3と同じ高エネルギー加速器研究機

構陽子シンクロトロン施設においてシンチ

レーティングファイバーブロック標的を用い

たΣ p 散乱断面積を求める実験を行い

(KEK-PS E289)そのデータ解析を行ってき

たΣ－p散乱に関しては既に発表済(参考文献

8)であるので今回はΣ＋p散乱の結果である

図8はシンチレーティングファイバーブロッ

ク標的で得られたΣ＋p散乱事象の例で実験

手法としては先ず167GeVc の入射π＋ビー

ムを使って得られた p(π＋K＋)Σ＋ 反応を探し出しそこでのΣ＋を今度は入射Σ＋ビーム

と見立てて陽子との散乱事象を測定するというものであるΣ＋の運動量が350MeVc ～750MeVc の範囲の断面積を求めたのもを図9に示す理論モデルとの比較においては

Nijmegenモデル(参考文献9)よりもRGMモデル(参考文献10)の方が近い結果を見せている

(学術論文34)

This work

(b)

This work

(a)f

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4u (cm) v (cm)

π+

K+

Σ+Σ+

pπ+

π+

K+

Σ+

Σ+

p

π+

図9Σ＋ｐrarrΣ＋ｐの弾性散乱断面積(a)Nijmegenモデルとの比較(b)RGMモデルとの比較 参考文献 1 DAcosta et al (CDF Collaboration) Phys Rev D 71 032001 (2005) 2 httpwww-cdffnalgovphysicsexoticr2a20041014lsdilep_whwww 3 J K Ahn et al (KEK-PS E224 Collaboration) Phys Lett B444 267 (1998) 4 T Nakano et al Phys Rev Lett 91 012002 (2003) 5 V V Barmin et al (DIANA Collaboration) PhysAtomNucl 66 1715 (2003) 6 V Kubarovsky et al (CLAS Collaboration) Phys Rev Lett 92 032001 (2004) 7 J Barth et al (SAPHIR Collaboration) Phys Lett B572 127 (2003) 8 Y Kondo et al (KEK-PS E289 Collaboration) Nucl Phys A676 371 (2000) 9 Th A Rijken V G J Stokes Y Yamamoto Phys Rev C 59 21 (1999) 10 Y Fujiwara K Miyagawa M Kohno Y Suzuki Phys Rev C 70 024001 (2004)

32

教育研究業績 学術論文 1 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Long-Lived Doubly-Charged

Higgs Bosons in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 071801 (2005)

2 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoFirst Evidence for 0sB φφrarr Decay and

Measurements of Branching Ration and A(CP) for B Kφ+ +rarr rdquo Phys Rev Lett 95 0 31801 (2005)

3 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Moments of the Hadronic Invariant Mass Distribution in Semileptonic B Decaysrdquo Phys Rev D 71 051103 (2005)

4 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Production Cross Section in

W W+ minus

pp Collisions at s = 196TeV using Dilepton Eventsrdquo Phys Rev Lett 94 211801 (2005)

5 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry from W eνrarr Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 051104 (2005)

6 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for ZZ and ZW Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 091105 (2005)

7 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the J ψ Meson and Hadron Production Cross Sections in

Bpp Collisions at s = 1960GeVrdquo Phys Rev D 71 032001

(2005)

8 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoAnalysis of Decay-Time Dependence of Angular Distributions in 0 SB J ψ φrarr and 0 d

0B J Kψrarr Decays and Measurement of the Lifetime Difference between Mass Eigenstatesrdquo Phys Rev Lett 94 101803 (2005) SB

9 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Cross Section for Prompt Diphoton Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 022003 (2005)

10 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Anomalous Kinematics in tt Dilepton Events at CDF IIrdquo Phys Rev Lett 95 022001 (2005)

11 K Hara T Okusawa K Yamamoto et al ldquoSensors for the CDF Run2B Silicon Detectorrdquo IEEE Trans Nucl Sci 51 1546-1554 (2004)

12 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurements of BB Azimuthal Production Correlations in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 092001 (2005)

13 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of the Boson Polarization in Top Decay at CDF at

Ws = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 031101 (2005) Erratum-ibid D 71 059901 (2005)

14 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry of Electron-Positron Pairs in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 052002 (2005)

15 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of Charged Particle Multiplicities in Gluon and Quark Jets in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev Lett 94 171802 (2005)

16 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Scalar Leptoquark Pairs Decaying to qqνν in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 112001 (2005) Erratum-ibid D 71 119901 (2005)

17 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Electroweak Single Top Quark Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 012005 (2005)

33

いリング構造か両端が壁に付着した構造をとるリング構造の渦糸は消失するが両端が

壁に付着した渦糸はそのまま残り残留渦と呼ばれている

　　我々は振動子に付着した残留渦に着目している超伝導極微細線（NbTi 25 microm 直径）を用いた振動ワイヤーを開発した振動ワイヤーまわりの流れはワイヤーの速度が上がるに

つれ層流から乱流状態へ遷移しこれらの状態はある臨界速度できれいに分離する乱流状

態では速い流れのために付着渦が拡大しもつれ渦糸間の距離が接近したとき再結合が

起き渦糸リングと付着渦とに分かれると考えられる渦糸の拡大は Graberson Instability

として知られ拡大の始まる速度は渦糸の曲率と関係するすなわち臨界速度から付着渦の

サイズを推測することができるまた同じワイヤーで振動周波数を変えることに成功し

温度変化と併せて測定を行っている

３　回転する超流動ヘリウム３の研究（物性研京大との共同研究）（石川）

　　東京大学物性研究所に相互協力により完成した世界最高速度毎秒１回転で回転するサ

ブmK温度域の超低温度回転クライオスタットを用いて量子流体力学の研究を行っている昨

年度は次のプロジェクトについて研究を行った

　　超流動ヘリウム３中の渦状態は液中の１次元欠陥である回転実験装置を用いることに

より渦の生成消滅をコントロールすることができるバルク液体中では数種類の渦が観測さ

れている通常渦の周りの速度場は秩序波動関数の軌道部分の勾配で与えられ循環の量

子化現象は軌道部分での位相の量子化と関係している狭い隙間をもつ平行平板間の超流動

へリム３－Ａ相では軌道部分の波動関数が境界条件によって決まるため新しい渦構造が

可能となることが予想されているこの渦は波動関数のスピン部分をも含めて位相の量子化

が起こるだけでなく半整数の量子化が起こると考えられている非常に興味深いものである

幅１２micromの隙間を持つ平行平板内でこの半整数渦の観測を目指して実験を行った現時点では実験装置の不備もあり明確な証拠を得ていないしかし装置の回転が平行平板中の

超流動速度場にどのような変化をもたらすかについてＮＭＲの測定より理解が得られた

４ 熱音響冷凍機の開発（畑）

　　ループ型熱音響エンジンは熱エネルギーを音波エネルギーに変換するエンジンで圧

縮機などの機械を必要としないため長寿命という特徴を持っている可動部が全くないた

めメインテナンス不要使用ガスとしては特別なものは不用で空気でも可能であること熱

の再利用に用いると地球温暖化防止にも役立つことなどから環境に優しいエンジンとして

も期待されているものである小型のループ型の熱音響エンジンのデータ解析に基づき大

口径高出力のループ型熱音響エンジンとそれに直結させた冷凍機の建設が完了した最適

化の条件（冷凍機の取り付け位置スタックのサイズ形状加 熱温度等）を見出すため

に各場所での気体の仕事流熱流の解析を行っている

教育研究業績学術論文

1 H Nakagawa K Obara H Yano O Ishikawa and T Hata ldquoNMR Study of Superfluid Phasesof 3He confined in 975 Porous Silica Aerogelrdquo J Low Temp Phys 134 757-762 (2004)

2 K Kawasaki T Yoshida M Tarui H Nakagawa H Yano O Ishikawa and T Hata ldquoPhase-Transition Phenomena of 08 micro m Superfluid 3He Slabrdquo Phys Rev Lett 93 105301-1 ndash105301-4(2004)

3 M Yamashita A Matsubara R Ishiguro - - - O Ishikawa et al ldquoRotating Superfluid 3He in

Aerogelrdquo J Low Temp Phys 134 749-755(2004)4 R Ishiguro O Ishikawa M Yamashita et al ldquoVortex Formation and Annihilation in Three

Textures of Rotating Superfluid 3He ndashArdquo PhysRevLett 93 125301-1 ndash125301-4 (2004)

4

国際会議講演

1 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoImpurity Scattering Effects on Superfluid Phases in 3Hein 975 Porous Silica Aerogelrdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluids andSolids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

2 H Yano A Handa H Nakagawa et alldquoObservation of Laminar and Turbulent Flow inSuperfluid 4He using a Vibrating Wirerdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluidsand Solids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

3 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoPulsed NMR Study on A like phase of Superfluid 3He inlow porosity aerogelrdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluids and SolidsQFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

4 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoPressure dependence of the surface magnetization of3He on silica strands in aerogel immersed in liquid 3Herdquo(poster) The International Symposium onQuantum Fluids and Solids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

5 H Yano ldquoStudy of the turbulent flow in superfluid 4He using a vibrating wirerdquo (talk) TheSymposium on Superfluid Under Roration-2004 9-10 July 2004 the University of Trento Italy

6 O IshikawaldquoIntrinsic angular momentum in superfluid 3He -A in narrow cylindersrdquo (talk) TheSymposium on Superfluid Under Roration-2004 9-10 July 2004 the University of Trento Italy

7 H Yano ldquoStudy of the turbulent flow in Superfluid 4He using a vibrating wirerdquo (talk) Vortex andTurbulence in Classical and Quantum Fluids October 24-25 2004 the University of KyotoJapan

8 H Nakagawa R Kado K Obara H Yano O Ishikawa and T HataldquoNMR Studies on Liquid3He in aerogelrdquo(poster) Todai International Symposium 2004 and The ninth ISSP InternationalSymposium (ISSP-9) on Quantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid StatePhysics Japan

9 H YanoldquoObservation of Turbulent Flow in Superfluid 4He using a Vibrating Wirerdquo(talk) TodaiInternational Symposium 2004 and The ninth ISSP International Symposium (ISSP-9) onQuantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid State Physics Japan

10 M Yamashita K Izumina - - - O Ishikawa et al ldquoRotating Superfluid 3He-A in ParallelPlaterdquo(poster) Todai International Symposium 2004 and The ninth ISSP International Symposium(ISSP-9) on Quantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid State PhysicsJapan

11 O IshikawaldquoSpin Dynamics of Superfluid 3He in Aerogelrdquo(talk) ESF COSLAB NetworkConference 17-22 December 2004 Chamrousse Grenoble France

学会研究会講演

1 半田　梓「Vibrating Wire による4He超流動乱流の生成機構」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

2 中川久司「エアロジェル中超流動3Heにおける不純物散乱効果」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

3 石川修六「パルスＮＭＲによるエアロジェル中超流動3Heの研究」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

4 山下　穣「平行平板中の回転超流動ヘリウム３」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

5 矢野英雄「振動ワイヤーを用いた超流動ヘリウム中乱流の研究」　　非平衡系の統計物理シンポジウム　２００５年１月１９日~２１日　筑波大学

6 畑　徹「エアロジェル中の超流動ヘリウム３のA－B共存状態」　　日本物理学会　第６０回年次大会　東京理科大学

7 矢野英雄「Vibrating Wireによる4He超流動乱流の生成機構２」

　　日本物理学会　第６０回年次大会　東京理科大学

5

学位論文修士論文

1 半田　梓「Vibrating Wire法による 4He超流動乱流の生成機構」

博士論文

1 中川久司「エアロジェル中ｐ波超流動ヘリウム３」

研究助成金取得状況1 畑 徹受託研究岩谷瓦斯株式会社「熱音響発振器を使った冷凍機の開発」１００万円

2 畑 徹科学技術振興機構 先端計測分析技術機器開発事業「大気浮遊粒子用傾向Ｘ線

分析装置の開発」２００４年度分０円　(但し2004-2008年度全体では３７５０万円)

海外出張および海外研修1 石川修六イタリアトレント大学とフランスLPSENS2004年7月3~23日The International

Symposium of Quamtun Fluids and Solids QFS2004 およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004出席発表　および　研究打ち合わせ

2 矢野英雄the University of Trento Italy2004年7月3日~13日The International Symposiumon Quantum Fluids and Solids QFS-2004およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004　出席発表

3 畑　徹the University of Trento Italy2004年7月3日~13日The International Symposium onQuantum Fluids and Solids QFS-2004およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004　出席発表

4 石川修六Chamrousse Grenoble France　2004年12月17-22日 ESF COSLAB NetworkConference 招待講演

5 石川修六英国ロンドン大学(Royal Holloway) 2005年3月22日~9月２５日薄膜超流動ヘリウムに関する研究

その他1 畑　徹　2004年度　低温工学協会関西支部長2 石川修六2004年度　東京大学物性研究所客員助教授

6

光物性物理学唐沢　力 教授 謝　海燕 (D3) 大北健児 (M2) 上田祐士 (B4)

赤井一郎 助教授 岡田 明 (M1) 中村貴史 (B4)

鐘本勝一 助手 加藤 賢 (M1) 藤城明弘 (B4)

研究概要

1 層状結晶半導体中の高密度励起子の非線形光学応答 (大北赤井唐沢)

高密度励起子系において励起子間相互作用は励起子高密度相の物性を決定づけるそこで我々は励起子間に顕著な斥力相互作用を持つ層状結晶GaSe中の励起子系において励起子間相互作用の位相緩和への寄与に着目し縮退四光波混合(DFWM)スペクトルを調べたその結果DFWM信号の励起スペクトルに共鳴位置とその高低エネルギー両側に計 3つのピークを見出したこれらのピークのエネルギー間隔はGaSeの励起子系で顕著に観測される非弾性散乱過程によって交換されるエネルギーに相当するつまり励起子の非弾性散乱状態が関係する非線形光学過程がこの分裂したDFWM信号ピークを与えたものと考えた(StPetersburg 大学と共同研究)

2 高効率蛍光物質ヘキサキスピリジンチオラト銅結晶の光物性 (謝赤井唐沢)

ヘキサキスピリジンチオラト銅結晶 [Cu6(nL minusmpyt)6](nLは配位子の配置を示す)は高い発光効率とそのスペクトルが特異な温度依存性を示す特徴的な二つの緩和発光帯が銅クラスター内遷移と銅クラスターから配位子間の電荷移動型遷移によって現れること発光色の変化はこの二つの発光帯の熱活性過程による強度交替であることなどを明らかにしたまた時間分解発光スペクトルを調べ電荷移動型遷移発光帯が 2つの異なる減衰時定数をもった 2つの発光帯の重ね合わせとして観測されていることを明らかにしたこれらの励起子発光の温度依存性やダイナミクスは銅クラスター内遷移と電荷移動型遷移の 2つを考慮した配位座標モデルで説明できることを示した(物質分子系専攻分子設計学研究室と共同研究)

3 小型光捕集性デンドリマーの励起子ダイナミクス (赤井鐘本)

比較的低世代のデンドリマーにおいて光捕集性外周側鎖の光励起後の励起子の伝達ダイナミクスを調べたその結果これらの小型デンドリマーでは外周側鎖の光励起の後外周側鎖内部での振動緩和以前にコアへ励起子が伝達していることが明らかになったまたこれらの迅速な励起子のコアへの伝達を担う物理的機構はコアと光捕集性側鎖が結合する部分におけるそれらの電子励起子状態の波動関数の重なりによる短距離相互作用であると考えた(生体構造物性研究室ならびに信州大学繊維学部と共同研究)

4 デンドリマーにおけるエネルギー伝達の温度依存性 (岡田赤井鐘本)

光捕集性デンドリマーの光捕集アンテナは数多くの芳香環によって構成されておりそれらの芳香環が中心に位置するコア分子から外側に向かって枝分れしながら結合している形態をとるそのためこれらの光捕集アンテナ部分には多くの分子振動の自由度が存在し室温ではそれらの分子振動の自由度が比較的良く熱励起されていると考えられるこのような状況でも光捕集アンテナを光励起すると

7

極めて高い効率でコアへ励起子が伝達するのが光捕集性デンドリマーの特徴であるそこで励起子伝達ダイナミクスにおいて分子振動が担う役割を明らかにするためデンドリマーの励起子伝達ダイナミクスの温度依存性を調べたその結果試料を冷却して溶媒が凍結するとコアへの励起子伝達効率が著しく低下することが明らかになったこの顕著な温度依存性は室温で熱励起されている光捕集性アンテナ芳香環のねじれ振動が励起子の伝達に大きく寄与していることを意味する(生体構造物性研究室ならびに信州大学繊維学部と共同研究)

5 デンドリマーにおける励起子伝達の世代空間形態依存性 (加藤 赤井 鐘本)

光捕集性デンドリマーの光捕集アンテナを光励起すると高効率にコアへ励起子が伝達する特徴がありその伝達量子効率は光捕集アンテナの枝分れ世代数や空間形態に大きく依存することが知られているしかしそれらの励起子伝達の物理的機構は未だ系統的に理解されていないそこで光捕集アンテナが結合できる結合手を 4つ持ったコア分子に2sim4世代の枝分れ光捕集アンテナを3箇所に選択的に結合させた 34-m thデンドリマー (m = 2 sim 4光捕集アンテナの枝分れ世代数)の励起子伝達ダイナミクスを調べたその結果励起子のコアへの伝達量子効率が枝別れ世代数mの増加と共に若干低下する傾向が明らかになった(物質分子系専攻機能化学研究室と共同研究)

6 CdxMn1minusxTeCdyMg1minusyTe半導体量子井戸中のMn2+内遷移と励起子遷移 (赤井)

CdTe半導体にMnをドープするとCdサイトにMn2+が置換され共有性結合を形成するこのMn2+には d5電子が存在しMnを高密度にドープしたCdxMn1minusxTeとバリア層半導体CdyMg1minusyTe で量子井戸構造を形成するとCdxMn1minusxTeのバンド間を基礎とした励起子遷移と共存してそれぞれ特徴的な光学遷移を与える我々は原子数比で 40以上のMn2+をでドープした試料について量子井戸励起子とMn2+中 d5電子内遷移の発光を量子井戸厚を変化させた試料について系統的に調べたその結果特に数Kのネール温度以下の低温において高密度ドープした結果隣り合ったMn2+の d電子間の反強磁性相互作用が顕著になりそれを示す発光を見出した(StPetersburg 大学と共同研究)

7 Cu2O薄膜結晶の励起子スペクトル (赤井)

Cu2Oの最低励起子状態である para励起子は光学禁制で長い寿命を持ち高密度に集約させられる可能性を持つことから励起子系のボーズアインシュタイン凝縮が期待されている系であるそこで我々は空間的に励起子を閉じ込めやすいようにCu2O粉末を 2枚のMgO単結晶板で挟んでその間にCu2Oを溶解浸透させて作成したCu2O薄膜結晶を用意しその光学応答を調べたその結果吸収スペクトルでは黄色と緑色シリーズの励起子遷移が観測された一方発光スペクトルでは3本に分裂した ortho励起子発光とそれらのフォノンサイドバンド発光が観測されたこの分裂はMgOに挟むことによってCu2O薄膜結晶が歪みを受け分裂したものと考えた(大阪府立大学と共同研究)

8 自己形成CdTe量子点の励起子スペクトル (赤井)

ホットウォール法でZnTe上に自己形成させたCdTe量子点の光学応答とその温度変化を調べたその結果CdTe量子点に閉じ込められた励起子による発光と共に結晶成長時にCdTe量子点とバリア層ZnTeの間に形成されるCdTeぬれ層に束

8

縛された励起子の発光が観測されたまた試料作成時にCdTeの仕込み量が少ないCdTe量子点ではCdTe量子点の励起子発光が大きく高エネルギーシフトしZnTeのバンドギャップ近傍に現れたこの励起子発光の大きなブルーシフトはCdTeの仕込み量の少ない試料においてCdTeと ZnTeの混晶ぬれ層が形成されその結果CdxZn1minusxTe混晶半導体の量子点が形成されているためと考えた(山梨大学と共同研究)

9 π共役高分子のFETデバイスで誘起されるキャリアの研究 (鐘本)

近年π共役高分子を用いて電界効果トランジスタ (FET)特性が実現されることが報告されその応用に向けた研究が盛んになされているπ共役高分子として層構造を示すポリチオフェン誘導体ならびに大気中で安定なポリフルオレン誘導体に対して実際にトランジスタ動作を確認したそのデバイスに対してトランジスタ動作で誘起されるキャリアを吸収分光でとらえる実験を行い近赤外領域で特徴的な信号を観測したその信号は化学酸化で得られるキャリアに比べて低エネルギー領域に信号を有することが確認され高分子鎖間で広がった状態がキャリアとして働いていることが示唆された(University of Cambridgeとの共同研究)

10 長鎖チオフェンオリゴマーのポーラロンダイナミクス (鐘本)

π共役高分子はドープ状態で高い導電性を示しそのキャリアとして電子スピンを有するポーラロンが重要視されているそれら高分子のモデル化合物として長鎖オリゴマーを用いてESR特性を調べた特にそのESRスペクトルは高周波 (36 GHz)の実験において一般によく用いられるXバンド領域 (9 GHz)と線型及び線幅が顕著に異なるスペクトルを与えたこのことはポーラロンの運動の様子を異なる時間尺度で観測できたことを反映しており今後解析していくことでポーラロンダイナミクスについて詳細な情報が得られることが期待される(分子科学研究所との共同研究)

教育研究業績学術論文

1 H Xie I Kinoshita T Karasawa K Kimura T Nishioka I Akai K KanemotoldquoStructure Study and Luminescence Thermochromism in Hexanuclear 6-Methyl-2-Pyridinethiolato Copper(I) Crystalsrdquo

J Phys Chem B 109 pp9339-9345 (2005)

2 I Akai K Harai K Kouno T Karasawa ldquoPhotocalorimetric study on nonradiative relaxation processes and photolumines-cence quantum yields in Alq3 single crystalsrdquo

J Lumin 108 pp11ndash14 (2004)

3 H Xie M Tougezaka S Oishi I Kinoshita K Kanemoto I Akai T Karasawa ldquoLuminescence processes of hexanuclear methylpyridinethiolato-copper (I) crystalsrdquo

J Lumin 108 pp91ndash95 (2004)

4 V F Agekyan Yu A Stepanov I Akai T Karasava L E Vorobev D A FirsovA E Zhukov V M Ustinov A Zeilmeyer S Shmidt S Hanna E ZibikldquoLuminescence of Stepped Quantum Wells in GaAsGaAlAs and

9

InGaAsGaAsGaAlAs StructuresrdquoSemiconductors 38 pp565ndash571 (2004)

5 A Ito H Ino Y Matsui Y Hirao K Tanaka K Kanemoto T Kato ldquoA Bindschedlerrsquos Green-Based Arylamine Its Polycations with High-Spin Multi-plicityrdquo

J Phys Chem A 108 pp5715ndash5720 (2004)

国際会議会議録

1 I Akai K Watanabe K Yamashita K Kanemoto T Karasawa H HashimotoldquoExciton Dynamics in CdTeZnTe Quantum Dots Grown by Hot-Wall Expitaxyrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

2 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M KimuraldquoRapid Energy Transfer in Light-Harvesting Small Dendrimersrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

学会研究会講演

1 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢 力橋本秀樹木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

I-19 pp73ndash76 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

2 岡田 明赤井 一郎鐘本 勝一唐沢 力橋本 秀樹木村 睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

I-21 pp81ndash83 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

3 大北 健児丹治 淳鐘本 勝一赤井 一郎唐沢 力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

II-24 pp93ndash96 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

4 謝 海燕峠坂雅美加藤 賢木下 勇鐘本勝一赤井一郎唐沢 力「ヘキサキスピリジンチオラト銅 (I)錯体結晶の発光特性 (II)」

III-66 pp261ndash264 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

5 赤井一郎 岡田明 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

12pXD-12 第 4分冊 pp643日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

6 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

13pPSA-21 第 4分冊 pp660日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

7 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学応答スペクトル II」

24aPS-44 第 4分冊 pp668日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

10

8 岡田明 赤井一郎 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

24aPS-98 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

9 加藤賢赤井一郎鐘本勝一唐沢力大橋正和篠田哲史築部浩「光捕集性 3世代 34デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクス」

24aPS-99 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

その他

1 唐沢　力 　物理学教室談話会（新入生歓迎）　　　　　　　　　「私たちの行っている研究」　

2 唐沢　力　高大連携活動　市大授業　（2004年 5月 1日）　　　　　　　　　「大学で学ぶ物理 - 物理の面白さと必然性」

学位論文修士論文

1 大北健児 「 半導体GaSe結晶における高密度励起子の縮退四光波混合スペクトル」ldquoSpectra of High-Density Excitons in Semiconductor GaSe Crystal by Degenerate-Four-Wave Mixing Methodrdquo

博士論文

1 謝 海燕「 銅 (I)-クラスターを中心とする新規複合錯体化合物結晶の光励起状態とその緩和過程」ldquoPhoto-Excited States and Thier Relaxation Processes of Novel Cu(I)-Cluster-DominatedCoordination Compound Crystalsrdquo

研究助成金取得状況

1 唐沢 力 (代表者) 赤井一郎 鐘本勝一 飯田 武 鈴木正人文部省科学研究費補助金 基盤研究 (B-2) (課題番号14340095)(H14 6200千円 H15 4500千円 H16 1200千円)「半導体中に光学的に生成された量子凝縮相のダイナミックス」

海外出張および海外研修

1 鐘本勝一 「有機高分子を用いた最先端デバイス技術の習得及びその動作機構の解明」

Cavendish Laboratory Cambridge University UK Mar 2004 - Mar 2005

2 赤井一郎 6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter

(EXCONrsquo04) Cracow Poland 6-9 July 2004

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生体構造物性研究室

橋本 秀樹 教授 丸山 稔 講師 杉﨑 満 講師

佐島 徳武 (PD) 藤井 律子 (PD) 柳 和宏 (D3学振PD)

西尾 友宏 (M2) 清水 麻登香 (M2) 和泉 拓朗 (M1) 楠本 利行 (M1) 下中 奨三 (M1) 藤原 正澄 (M1) 鈴木 聡 (B4) 重信 明孝 (B4) 若竹 伸幸 (B4)

研究概要

1 サブ10フェムト秒時間分解分光計測システムの構築とフェムト秒時間領域分光（杉﨑佐島橋本） 光合成反応系は生命の40億年とも言われる歴史に基づく自然選択の摂理により改良されてきた天然のエネルギー変換システムであるこの反応系は人類がこれまで構築し

た如何なるシステムよりも遥に速い変換速度（lt 100フェムト秒）で高効率のエネルギー変換（～100）を行うと考えられているそのため光合成反応系の初期過程のメカニズムを明らかにすることは基礎物理的にも応用的にも非常に重要である近年レーザ

ー技術の進歩により市販のレーザーを用いることで100フェムト秒程度の超短パルスを比較的簡単に手に入れることが可能となったしかし光合成系の初期過程を明らかに

するためにはそれよりも更に一桁以上時間分解能の良い光源の開発が必要不可欠となる

そのため我々の研究室ではチタンサファイア再生増幅器からのレーザー光を2つに分け一方を自己位相変調により白色光もう一方をBBO結晶を用いて第二高調波を発生させこれらの光の非同軸光パラメトリック増幅を行うシステムを構築した 今年度はフェムト秒再生増幅装置を励起光源とする非同軸光パラメトリック増幅器

（NOPA）2台の性能最適化を行った我々の持つ全てのノウハウを傾注しプリズム対およびチャープ鏡対を併用したパルス圧縮を行うことにより可視波長域（500sim750 nm）において最短6フェムト秒のパルス幅を持つ「本当の」フェムト秒光パルスの安定発生を達成した同レーザー光を用いてポンププローブ時間分解吸収分光縮退４光波混合計

測システムを構築した本レーザー装置の出力スペクトルに合致する吸収帯を持つ試料と

して極性カロテノイドアナログ及び共役二重結合数15を持つマクロカロテン分子についての時間領域分光計測を行ったいずれの試料においても過渡吸収変化にimpulsive stimulated Raman processに由来するコヒーレント振動が重畳した信号が観測された比較的干満な時間変化を示す極性カロテノイドアナログの場合は適当な窓関数を設定して

フーリエ変換を行うことによりコヒーレントフォノンモードの周波数及び強度の時間変

化が観測できた励起状態の位相緩和時間に対応すると考えられるコヒーレントフォノン

モードの減衰の時定数としてsim1 psが得られたこの値は観測している励起状態の寿命（sim2 ps）の半分程度の値を示している超高速な緩和を示すマクロカロテン分子においても同様なコヒレーントフォノン信号の時間変化が観測されたしかしながら本試料の場合

は時間領域に現れるコヒーレント振動が時間と共に変化する大変興味深い様相が確認さ

れたフーリエ変換を用いた従来どおりの解析はコヒーレント振動の時間変化が無い場

合に限り適応可能である上述の観測結果は単純なフーリエ解析の限界を打破する新た

な解析手法の創出が必須である事を示唆しているマクロカロテン分子に関してはポン

ププローブ分光の他４光波混合を用いた予備的な実験も行った

12

2 光合成光反応中心複合体におけるカロテノイドの構造安定化（橋本）

光合成系における機能発現には複数の光合成色素（カロテノイド及びクロロフィル）

がアポタンパク質により形成される反応場の中で空間的に規則正しく配列した色素蛋白

超分子複合体構造が密接に関係している特に光捕集光保護構造安定にはカロテノ

イド色素が重要な役割を果たしているこれまでに紅色光合成細菌Rhodobacter (Rb) sphaeroidesを中心に光保護作用に関する研究が数多くなされてきたこれはRb sphaeroidesがX線構造解析により蛋白の構造が解明されていることまたカロテノイド欠損株R-261と所望のカロテノイドを用いることにより人工の光反応中心を再構成できることなど興味深い研究の場を与えてくれることに起因するしかしながら光反応中

心に再構成されたカロテノイドが天然の物と同じ位置に取り込まれるかという最も基本

的かつ本質的な問題についてはこれまで明らかにされていなかった英国グラスゴー大

学及び米国コネチカット大学との共同研究によりRb sphaeroides R261の光反応中心にspheroideneや34-dihydrospheroideneを再構成した試料について高分解能X線構造解析を行ったその結果カロテノイドのバインディングサイトを明らかにすると共にフェニル

アラニンM162が門番の役目となりカロテノイドが一方向からのみ光反応中心に取り込まれていくという興味深い結果を得た更にトリプトファンM75が鍵の役目となりカロテノイドと水素結合することにより構造の安定化がなされていることを明らかにした

得られた結果を学術雑誌（Structure）にて公表した

3 アナログカロテノイドを再構築した光反応中心複合体の電場変調吸収分光（柳西尾清水橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と系外から有機合成により調製したアナログカロテノイドを再構築した人工のRCの電場変調吸収分光測定（室温及び低温）を行ったカロテノイド分子の有無により周囲に存在するバクテリオクロロフィル分子周辺の静電環境にどのような差異が生じる

のかを初めて定量化した室温（生理温度）で測定した場合カロテノイド分子から16 Aring離れて存在するスペシャルペアバクテリオクロロフィル分子の周辺の静電場にカロテノ

イド分子の有無により10 程度もの差異が生じることを明らかにした得られた成果を学術雑誌（J Phys Chem B）にて公表した

4 アナログカロテノイドを天然のアポ蛋白質に再構築した人工の光合成光反応中心複合体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本西尾橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と有機合成により調製した一連の共役鎖長を持つアナログカロテノイドを再構築した人工のRCのナノ秒時間分解吸収スペクトル測定を行った得られた吸収スペクトルデータのセットに対して特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを適用するこ

とにより極微弱な吸収スペクトル変化を精度良く検出することに成功した再構成RCに関する従来の研究では共役二重結合数（N）が9より少ないカロテノイドを再構築した場合光保護作用の発現のために必須のカロテノイドの三重項状態の生成が全く検出さ

れなかったが今回の我々の実験によりN=8およびN=9のカロテノイドを再構築したRCおいてもカロテノイドのT1 rarr Tn吸収スペクトルが観測できたこの結果はカロテノイ

ドの光保護作用の発現機構に関して従来概念を覆す画期的な成果であると考えられる 5 光合成膜中でのアンテナ色素蛋白複合体の超分子配置のその場観察（下中清水藤井橋本） 光合成細菌の光合成系は二種類のアンテナ色素蛋白複合体（LH1及びLH2）と光反応

中心（RC）の3つの色素蛋白複合体が有機的に結合した超分子配置を形成することにより生理機能を発現している平坦な光合成膜を持つ紅色光合成細菌Blc viridisから調製した

13

光合成膜試料に焦点を絞り画像計測の物差しを作成することを目的として研究を行った

Blc viridisにはアンテナ複合体としてLH1複合体のみしか存在しないことが知られている透過型電子顕微鏡（TEM）を用いた観測によりLH1複合体の直径10 nmに対応する環状の構造体が細密充填構造を取り配列している画像を取得した得られた画像をフーリエ変

換することにより三角格子構造を示唆する良好な回折パターンを得た回折点以外の余

分な成分を除去し逆フーリエ変換を行うことによりRC-LH1コア複合体の良好な画像を得ることに成功したこの画像データに対して統計処理を行ったところ環状構造体

の直径は98 plusmn 04 nm で分布しておりその中心にRCに対応する構造が観測されることからこの環状構造体がLH1複合体に帰属できることが明確となったまた各LH1リングは細密充填構造を取り配列しているが再隣接距離は約2 nm程度離れていることが明らかになった 単離生成したRC-LH1コア複合体をリン脂質二重層膜（Egg-PC）に再構築する方法を

確立したTEMを用いた観察（フーリエ解析）により再構成直後の人工光合成膜ではコア複合体は細密充填構造を取らず比較的ランダムに配列していた同試料の温度を上

下することで細密充填構造へ導けることが明らかになったこの結果はコア複合体の超

分子配列が制御可能であることを示唆しているコア複合体を再構築した人工光合成膜に

さらに他の種類の光合成細菌由来のLH2複合体を再構築した「本当の」人工光合成膜を作成すべく条件出し及びTEMによるその場観察を行っている

6 極性カロテノイドの同族体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本佐島橋本）

all-trans-レチナールと13-インダンジオンを縮合した2-all-trans-レチニリンデン-13-インダンジオン（RetInd）のTHF溶液に対して三重項増感励起によるナノ秒時間分解吸収分光測定を行った特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを用いたデータ解

析を行うことによりジカチオン状態に帰属できる過渡吸収バンドが特定できたカロテ

ノイド類ではTHFのような溶媒系（非重溶媒）でのラジカル生成は報告されておらずしかも三重項増感励起の際に見つかったこの特異な現象はカロテノイド（共役ポリエン

系）の電子構造を探索する上で重要な知見を与えていることが期待される

7 LH1アンテナ複合体の再構築とその電場変調吸収分光（鈴木藤井柳橋本） 紅色光合成細菌Rhodospirillum rubrumから共役二重結合鎖n = 13のカロテノイド（all-trans-spirilloxanthin）を単離精製した単離したカロテノイドをTriton X-100ミセル中でカロテノイドを除去したB880色素蛋白複合体の単量体サブユニットと再会合することによりRs rubrum LH1複合体を人為的に再構築した吸収スペクトル蛍光励起スペクトルおよび電場変調吸収スペクトルを測定することで再構成体と天然由来のLH1複合体についての比較検討を行ったLH1 complex再構成体はB880吸収帯が3 nm短波長シフトしている点とカロテノイド部分の振動構造がより明瞭になっている点を除けば天然体

と基本的に同様な吸収スペクトルを与えた蛍光励起スペクトルの測定によりカロテノ

イドからバクテリオクロロフィルへの励起エネルギー移動効率を決定したところ天然

LH1では35であったのに対し再構成LH1はこれより有意に高い40の効率を与えた電場変調吸収分光測定によってLH1複合体中のカロテノイド及びバクテリオクロロフィル分子の非線形光学パラメータ（光誘起分極率変化∆α光誘起双極子モーメント変化∆micro）を決定したところバクテリオクロロフィル分子では天然体と再構成体とで同様の値を与

えるのに対してカロテノイド分子では大きな差異が検出されたこの結果は再構成LH1複合体中のカロテノイド分子周辺の静電的環境が天然 LH1の場合とは明らかに異なっていることを示している電場変調吸収分光法は再構成体の構造に関して有意な情報を与

える分光学的手法であることが明らかになった 8 非線形光学材料の性能向上を目指した計測と評価（藤原丸山橋本）

大出力テラヘルツ電磁波（THz波）発生を実現するための有機非線形光学材料の性能評

14

価について種々の分光計測法を適用することにより多角的に検討を行った具体的な測

定対象となる有機非線形材料としては既に良好なTHz波発生が確認できている2-メチル-4-ニトロアニリン（MNA）誘導体について検討した 様々な置換基を有するN置換MNA誘導体の大量合成を行ったブリッジマン炉を用いた

融液からの結晶成長とゾーン精製による純化を行いこれらMNA誘導体からの良質な単結晶の作成を目指して勢力的に研究を展開した特に単結晶試料の透明性を追求し種々

の条件だしを行った得られた結晶の面方位はX線ラウエ法により評価した 結晶の2次非線形光学定数（dテンソル）の測定を行うための装置を作成して稼働し各

MNA誘導体結晶のdテンソル成分の相対値を決定したdテンソルの決定には第二高調波発生法を採用しその励起光源としてはNdYAGレーザーの基本波（1064 nm）を用いた結晶試料は回転ステージ上に固定し励起光の偏光（p偏光およびs偏光）に対して任意角度に回転角を設定できるようにした原理的に全部で27個あるdテンソル成分に関して結晶構造および結晶内における分子配置を考慮することにより測定結果をシミュレーシ

ョンするコンピュータプログラムの開発も平行して行った 以上の研究を通じて1）光学的に良質で大型のBNA単結晶の成長に成功した2）dテンソルの成分比を実験的に検証しdZZZ成分の異常な増大を観測した3）dZZZの異常な増

大は超分子クラスターを考えることで定性的に説明可能であることを明らかにした4）結晶中の水素結合によって形成されるネットワークがdテンソルに大きく影響を与える事を明らかにした目標である良質で大きな有機非線形光学結晶の開発と二次非線形感受

率テンソルの決定等の結晶面方位に即した物性評価をすることができ当初の計画を十分

満足する研究成果が得られた 9 氷六角板結晶の成長と融解の間に生じる非対称なパターン形成（丸山）

結晶にはミクロな構造的異方性があるために特定の方位の結晶面のみがマクロな結晶

外形を構成するすなわち成長形は成長速度の遅い方位の平面によって融解形は融解

速度の速い面によって囲まれるという法則がある両者は違った形になることが予測さ

れるがその関係をきちんと調べた例はほとんどないそこで氷と水の圧力下共存系を

対象にして系の温度を下げながら氷を成長させ温度を上げながら氷を融解させた得

られた成長形はプリズム面と基底面で囲まれた六角板状であるのに対して融解形は六角

形の角から優先的に解け出して定常状態では逆六角形を示したすなわち成長形が30度回転した相似形になったただしこれら六面はわずかに曲がったラフ方位の曲面である

従来融解形は角ばった先端から解け始め丸い定常形に落ち着くものと考えられていた

界面での成長融解の素過程を考慮した数理モデルを作ってこの非対称変化を定性的に

説明した 教育研究業績 学術論文 1 K Yanagi H Hashimoto AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the LH2

complex from Rhodobacter sphaeroides G1C frequency and temperature dependencerdquo J Phys Chem B 108 10334-10339 (2004)

2 H Hashimoto K Yanagi M Yoshizawa D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoThe Very Early Events Following Photoexcitation of Carotenoidsrdquo Arch Biochem Biophys 430 61-69 (2004)

3 H Hashimoto T Sashima K Yanagi and M Yoshizawa ldquoUltrafast Relaxation Processes of Photosynthetic Carotenoidsrdquo Rev Laser Engineer 32 701-710 (2004)

4 RJ Cogdell H Hashimoto and AT Gardiner ldquoPurple Bacterial Light-Harvesting Complexes

15

From Dreams to Structuresrdquo Photosynth Res 80 173-179 (2004) 5 W Wohlleben T Buckup H Hashimoto RJ Cogdell JL Herek and M Motzkus

ldquoPump-deplete-probe spectroscopy and the puzzle of carotenoid dark statesrdquo J Phys Chem B 108 3320-3325 (2004)

6 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of the inhomogeneous band-broadening on the nonlinear optical properties of hydrazonesrdquo Phys Rev B69 205103 (2004)

7 AW Roszak K McKendrick AT Gardiner IA Mitchell NW Isaacs RJ Cogdell H Hashimoto and HA Frank ldquoProtein Regulation of Carotenoid Binding Gatekeeper and Locking Amino Acid Residues in Reaction Centers of Rhodobacter sphaeroidesrdquo Structure 12 (2004) 765-773

8 T Nakajima H Nagasawa M Maruyama T Komatsu J Nelson ldquoMacroscopic crystallization of nanocrystals into supercrystalsrdquo Jpn J Appl Phys 43 1102-1103 (2004)

9 D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri K Yanagi H Hashimoto RJ Cogdell ldquoConjugation length dependence of internal conversion in carotenoids Role of the intermediate staterdquo Phys Rev Lett 93 163002 (2004)

10 D Kosumi H Hashimoto and M Yoshizawa ldquoPump Wavelength Dependence of Ultrafast Relaxation Kinetics in β-Carotenerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 29-31

11 RJ Cogdell H Hashimoto K Yanagi D Polli G Cerullo G Lanzani and S de Silvestri ldquoExcited Singlet States of Carotenoids and Their Involvement in Photosynthetic Light-Harvestingrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 60

12 S Hirota H Inoue A Teteishi H Hashimoto Y Tomita M Murakoshi T Nigo K Sekimoto J Yokoyama and H Funayama ldquoAssessment of Conjunctival Impression Cytology (CIC) Method of Beta-carotene and Canthaxanthin Fed Vitamin A Deficient Ratsrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 43-45

13 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of carotenoid on electrostatic environment around the bacteriochlorophyll special pair in the reaction center of the urple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 26-28

14 T Sashima I Matsuda K Misawa S Koshiara and H Hashimoto ldquoThe Control of Photoisomerization of All-Trans Retinal by Using Chirped Femtosecond Laser-Pulsesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 24-25

15 M Sugisaki T Sashima K Yanagi A Sugita and H Hashimoto ldquoStationary and Transient Optical Absorption Measurements in Polar Retinoid Analoguerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 20-23

16 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell H Hashimoto ldquoElectroabsorption spectroscopy of β-carotene homologs Anomalous enhancement of ∆micrordquo Phys Rev B71 195118 (2005)

17 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto JP Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8-13 conjugated double bonds as determined by electronic absorption spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 410 108-114 (2005)

18 D Kosumi K Yanagi T Nishio H Hashimoto M Yoshizawa ldquoExcitation energy dependence of excited states dynamics in all-trans-carotenes determined by femtosecond absorption and fluorescence spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 408 89-95 (2005)

19 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M Kimura ldquoRapid energy transfer in light-harvesting small dendrimersrdquo J Lumin 112 449-453 (2005)

20 K Kanemoto M Shishido T Sudo I Akai H Hashimoto T Karasawa ldquoConcentration-dependence of photoluminescence properties in polythiophene diluted in an inactive polymer matrixrdquo Chem Phys Lett 402 549-553 (2005)

21 K Yanagi M Shimizu H Hashimoto AT Gardiner AW Roszak RJ Cogdell ldquoLocal electrostatic field induced by the carotenoid bound to the reaction center of the purple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo J Phys Chem B 109 992-998 (2005)

22 M Maruyama ldquoRoughening transition of prism faces of ice crystals grown from melt under pressurerdquo J Crystal Growth 275 598-605 (2005)

国際会議会議録

16

1 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

2 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 363-367

3 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

国際会議講演 1 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and

reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

2 RJ Cogdell AT Gardiner S Prince TD Howard M Papiz H Hahsimoto K Yanagi HA Frank AW Roszak and NW Isaacs ldquoThe organisation of carotenoids in purple bacterial antenna complexes and reaction centres analysis of structure and functionrdquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

3 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

4 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

5 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

6 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoMolecular Architecture of Native and Reconstituted Pigment Protein Complexes of Purple Photosynthetic Bacteriardquo Open Workshop on Molecular Modified Electrodes for Clean Energy Conversion (2004 October 1) Panasonic Center Ariake Tokyo Japan

7 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on Materials Science and Nano-Engineering (2004 December 11-14) Osaka Univ Suita Osaka Japan

8 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto HA Frank RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet States of Carotenoids Having Shorter Conjugation Lengths Reconstituted into the Reaction Centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 Detected by Time-Resolved Absorption Spectroscopyrdquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

9 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner AW Roszak and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

10 H Hashimoto R Fujii K Yanagi A T Gardiner A W Roszak N W Issacs H A Frank and R J Cogdell ldquoStructures and functions of carotenoids bound to reaction centers from purple photosynthetic bacteriardquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17

11 R L Christensen H A Frank M Grace I Galinato E F Chu R Fujii and H Hashimoto ldquoThe optical spectroscopy of cis and trans polymers models for cis and trans carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

12 K Nakagawa R Fujii K Yanagi S Suzuki A T Gardiner R J Cogdell H Hashimoto and M Nango ldquoProbing the carotenoid in its biding site in a reconstituted light-harvesting complex 1 from the photosynthetic bacterium rhodospirillum rubrum with electroabsorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

13 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto and J-P Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8sim13 conjugated double bonds as determined by electro absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

14 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoExcitation energy dependence of relaxation kinetics and nonlinear optical responses in all-trans-carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

15 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto H A Frank R J Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet states of carotenoids having shorter conjugation lengths reconstituted into the reaction centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 detected by time-resolved absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

16 M Sugisaki K Yanagi R J Cogdell and H Hashimoto ldquoUltrafast coherent otical response in a β-carotene homologuerdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17 P Molnaacuter H Hashimoto G Toacuteth ldquoComparison of optical absorption- Raman- and FT-IR-spectroscopic data of several natural and semisynthetic (all-E)-carotenoisrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

18 R Nakamura P Wang R Fujii Y Koyama H Hashimoto and Y Kanematsu ldquoVibrational relaxation pathways in the electronic excited state of carotenoidrdquo 15th International Conference on Dynamical Processes in Exited States of Solids (2005 August 1-5) Shanghai China

19 H Hashimoto K Yanagi A T Gardiner A W Roszak and R J Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 6th International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors in Photosynthetic Organisms (2005 September 11-16) Lucerne Switzerland

学会研究会講演 1 赤井一郎中尾浩士鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「デンドリマー構造をもつ巨大分子の光励起ダイナミクスII」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

2 柳和宏AT GardinerRJ Cogdell橋本秀樹「光合成光反応中心複合体の電場変調吸収分光」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

3 佐島徳武楠本利行橋本秀樹「極性カロテノイド類のナノ秒時間分解吸収分光」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

4 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

5 小澄大輔橋本秀樹柳和宏小向牧人吉澤雅幸「フェムト秒分光を用いたカロテノイドのダイナミクスにおける励起光波長依存性」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

6 杉崎満佐島徳武杉田篤史橋本秀樹「極性カロテノイド類のフェムト秒分光 II」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

7 藤原正澄柳和宏丸山稔杉崎満黒柳和良高橋宏典青島紳一郎土屋裕橋本秀樹「N-benzyl MNA単結晶の二次非線型光学特性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

18

8 杉崎満柳和宏橋本秀樹「β-カロテンホモログ体における超高速光学応答」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

9 柳和宏杉崎満橋本秀樹「βカロテンホモログ体における電場変調吸収分光(II) 」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

10 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

11 小澄大輔小向牧人橋本秀樹吉澤雅幸「3準位電子系の超高速光学応答II波長可変励起光によるβ-カロテンの光誘起過渡吸収」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

12 丸山稔増田詩人「ファセット形成過程とラフ方位の曲率発展」第34回結晶成長国内会議 2004年8月25-27日 東京農工大学

13 Q WangY HanX WenP Hu廣田才之橋本秀樹「マウス免疫機能におけるカロテノイド類の効果」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

14 井上弘明本多由美子関本邦敏横山次郎上野隆嗣富田純史長田祥二橋本秀樹村越倫明廣田才之「ビタミンA欠乏系ラットに投与したカロフィルレッドカロフィルピンクの代謝の影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

15 吉澤雅幸小澄大輔小向牧人柳和宏橋本秀樹「共鳴および非共鳴励起によるβ-カロテンの初期緩和過程および超高速光学応答の研究」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

16 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「共役長が異なるカロテノイド類の超高速光学応答」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

17 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「短い共役鎖をもつカロテノイドの光保護作用－光反応中心複合体における三重項状態の検

出」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館 18 柳和宏橋本秀樹「βカロテンホモログ体の吸収スペクトルにあたえるexchange narrowingの影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

19 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「ポリエン共役長が異なるカロテノイド類の時間分解発光分光」日本物理学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス

20 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「光合成光反応中心複合体に再構築したカロテノイドへの三重項エネルギー移動」日本物理

学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス 21 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性Ⅱ」

22 A Cahoon M Maruyama and JS Wettlaufer ldquoGrowth-Melt Asymmetry in Icerdquo APS March Meeting March 21-25 2005 Los Angeles

解説 1 杉﨑 満ldquo測定法(8) ⎯顕微分光rdquo Optronics 11月号 (2004) pp180-188 2 橋本秀樹藤井律子杉﨑 満ldquo物質現象新技術(5) 有機バイオ-光合成アンテナ色素蛋白複合体カロテノイド超高速レーザー分光rdquo Optronics 5月号 (2005) pp159-169

その他 1 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント

19

制御」 2004年4月30日 立命館大学にて講演 2 橋本 秀樹「紅色光合成細菌の光反応中心及びコア複合体の構造」 2004年6月26日 「光合成細菌の色素系と反応中心に関するセミナーXII」（京都大学）にて講演

3 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント制御」 2004年7月23日 高エネルギー加速器研究機構にて講演

研究助成金取得状況 1 橋本 秀樹文部科学省萌芽研究「原子間力顕微鏡を用いた光合成アンテナ色素複合体超分子配置のイメージング」500万円

2 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(2)「人工光合成色素蛋白超分子複合体の動作機構の解明」1500万円

3 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(1)「カロテノイド励起状態中の振動緩和と光合成系におけるエネルギー伝達の研究」1500万円

4 橋本 秀樹NEDO国際共同研究プロジェクト「人工光合成アンテナとナノデバイス開発光合成アンテナ複合体の機能とナノデバイス開発のためのアンテナ複合体の組織化」

1500万円 5 橋本 秀樹科学技術振興機構さきがけ研究「光合成系の人為操作及び光反応制御」8000万円

6 橋本秀樹科学技術振興機構戦略的国際科学技術協力推進事業（日英協力）ナノ空間に配列させた光合成色素蛋白超分子複合体間における超高速励起エネルギー移動過程の

実時間動画撮影技術の確立」3000万円 7 杉﨑 満学術振興会若手研究(B)「光合成色素蛋白超分子複合体の単一分子超高速レーザー分光」50万円

8 杉﨑 満島津科学技術振興財団研究開発助成「青色極超短パルス光発生装置を用いた光合成コヒーレントプロセスの解明」80万円

海外出張および海外研修 1 橋本秀樹米国（Ventura Beach Marriottホテル）2004年1月3日～1月11日2004年度Gordon

Research Conference on Carotenoids への出席及び会議進行 2 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年6月5日～6月13日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

3 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年11月23日～12月3日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

4 橋本秀樹米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で集中講義コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

5 藤井律子米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で講義補助コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

その他 1 橋本秀樹日本物理学会 2003年度JPSJ編集委員 2 橋本秀樹日本カロテノイド研究会幹事役員Carotenoid Science編集委員長 3 橋本秀樹国際カロテノイド学会Council Member

20

素励 物理学研究室

坪田　誠　 教授

木　正人 講師

笠松　健一(PD)

R Hanninen(PD)

金本　理奈(PD)

西岡　圭太(D3)

小林未知数(D2)

三 　　 (D1)

星原　庸平(M1)

神野　大典(M1)

研究概要1 量子乱流のエネルギースペクトル（坪田小林）

　 年 流動乱流（量子乱流）と古典乱流の対応が注目されているボース凝縮の巨

視的波動関数が従うGross-Pitaevskii方程式の三次元数値 析を行い量子乱流が古

典乱流のもっとも代表的な統 則であるコルモゴロフ則を満たすことを示した 算は

全てフーリエ空間で行い大スケールの励 と小スケールの散逸を導入することで定

常乱流を作ったこれは古典乱流と同様のカスケード過程が量子乱流での存在すること

を示した初めての研究であるこの業績は読売新聞日経産業新聞で報道された

2 二成分ボース凝縮体のダイナミクスとテクスチャー（坪田笠松）

　前年度に引き続き二成分ボースアインシュタイン凝縮体に関する理論的研究を行い

２つの凝縮体の位相が結合した場合（内 ジョセフソン効果に相当）渦分子の形成を示

したまたスピンテクスチャーに関する研究を行った

3 交流 流動流れ場中の量子渦の運動（坪田Hanninen三 ）

　　　現在世界的に関心が持たれている振動細線によって作られる 流動乱流実験に関連

して簡単なピニングモデルによる交流流れ場中の量子渦の運動を調べた交流流れ

場の振動数に共鳴してケルビン波が励 され流れ場の強さを増すと多数の渦の再結

合および生成が こり実験結果と定性的に符合する結果を得た

4 回転下ボソン-フェルミオン混合状態（坪田金本）

　回転下の中性原子気体のボソン-フェルミオン混合状態の基底状態の研究を行い原

子間相互作用と回転振動数に応じてフェルミオンが様々な状態変化を行うことを明ら

かにしたこれらは量子ドット量子ホール効果に特徴的な状態を含みこれらの系

との興味深い対応を明らかにしている

5 ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体（坪田小林）

　バイコールグラスなどのナノスケールの多孔体に閉じ込められたヘリウム４を加圧し

た時に 流動- 流動の量子相転移が慶応大学のグループによって観測されたこ

の実験に関連して閉じ込めポテンシャル中の強相関ボース流体の研究を行いボース

凝縮体の局在に関する判定基準を新たに導入することで実験結果と定量的に良い一致

を得た

21

教育研究業績

学術論文

1 KKasamatsu MTsubota M Ueda ldquoVortex molecules in coherently coupled two-componentBose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev Lett 93 250406(1-4) (2004)

2 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of superfluid turbulence Numerical analysis of the Gross-Pitaevskii equation with a small-scale dissipationrdquo Phys Rev Lett 94 065302(1-4)(2005)

3 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoSymmetry breaking and enhanced condensate fraction in a matter-wave bright solitonrdquo Phys Rev Lett 94 090404(1-4)(2005)

4 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoSpin textures in rotating two-component Bose-Einsteincondensatesrdquo Phys Rev A71 043611(1-14)(2005)

5 K Kasamatsu M Machida N Sasa MTsubota ldquoThree-dimensional dynamics of vortex-latticeformation in Bose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev A71 063616(1-5) (2005)

6 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoVortices in Multicomponent Bose-Einstein CondensatesrdquoInt J Mod Phys B19 pp 1835-1904(2005) (Invited review article )

7 KKasamatsu MTsubota ldquoModulation Instability and Pattern Formation in Two-componentBose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 669-674(2005)

8 M Kobayashi MTsubota ldquoBose-Einstein Condensation and Superfluidity of Strongly Cor

related Bose Fluid in a Random Potentialrdquo J Low Temp Phys 138 pp189-194(2005)9 MTsubota K Kasamatsu ldquoDynamics of Quantized Vortices in Superfluid Helium and Rotating

Bose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 471-480(2005)10　R Hanninen A Mitani MTsubota ldquoSuperfluid 3He-B Vortex Simulations inside a Rotating

Cylinderrdquo J Low Temp Phys 138 pp 589-594(2005)11 R Kanamoto H Saito MTsubota M Ueda ldquoMany-Body Analysis of the Hess-Fairbank Effect

in One-Dimensional Bose-Einstein condensates with attractive interactions rdquo J Low TempPhys 138 pp 681-686(2005)

12 M Tsubota M Kobayashi ldquoKolmogorov spectrum of the Gross-Pitaevskii turbulencerdquo JPhysics and Chemistry of Solids 66 pp 1498-1500(2005)

13 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of quantum turbulence J Phys Soc Jpn 74pp 3248-3258 (2005)

14 K Nishioka M Suzuki ldquoDynamics of unidirectional exciton migration to the molecularperiphery in a photoexcited compact dendrimerrdquo J Chem Phys 122 024708(2005)

国際会議講演

1 MTsubotaldquoQuantized vortices in superfluid helium and Bose-Einstein condensates (Invited) The Third 21COE Symposium Astrophysics as Interdisciplinary Science Waseda Univeristy Tokyo Japan 2005 91-3

2 R Hanninen J Kopu EV Thuneberg MTsubota ldquoStability of Quantized Vortices UnderRotation Helically Twisted Vortex Bundlerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

3 AP Finne VB Eltsov G Eska R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoVortex Multiplication in Applied Flow the Precursor to Superfluid Turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

4 M Kobayashi ldquoInertial range of steady quantum turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

5 A Mitani ldquoCorrelation between Quantum Vortices and Eddies in Normal Fluid Turbulen

22

ce rdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005

8 18-206 M Tsubota M Kobayashi ldquoInertial Range and the Kolmogorov Spectrum of Quantum T

urbulencerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

7 AP Finne VB Eltsov R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoRelaxation of a Helical Vortex Clusterrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

8 VB Eltsov AP Finne R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoPropagation of Quantized Vorticity in a Rotating Columnrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

9 R Hanninen A Mitani and M Tsubota ldquoSimple Pinning Model for Vibrating Wire Turbulence in Superfluid Heliumrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

10 R Kanamoto M Tsubota ldquoEnergy Spectrum of Fermions in a Rotating Boson-Fermion Mixturerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

11 M Kobayashi M Tsubota ldquoLocalization of Bose-Einstein Condensation and Disappearance of Superfluidity of Strongly Correlated Bose fluid in a Confined Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

12 A Mitani R Hanninen M Tsubota ldquoCritical Velocity for Superfluid Turbulence at High Temperaturesrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics Universityof Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

13 H Takeuchi K Kasamatsu and M Tsubota ldquoVortex Structures in Rotating Two-component Bose-Einstein Condensates in an Anharmonic Trapping Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

14 M Tsubota ldquoQuantized vortices in Bose-Einstein condensatesrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

15 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoCenter-of-mass fluctuations in a matter-wave bright solitonrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

16 M Tsubota ldquoNumerical study of quantum turbulence (Invited)rdquo Conference on Vortex Rings and Filaments in Classical and Quantum Systems ICTP Trieste Italy 2005 6 6-8

17 M Tsubota ldquoWhat we can do from numerical studies (Invited)rdquo Workshop on New Experimental Techniques for the Study of Quantum Turbulence ICTP Trieste Italy 2005 6 9-10

学会研究会講演

1 小林未知数坪田誠「ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体におけるボース

凝縮の局在と 流動の消失」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

2 坪田誠「 流動ヘリウムおよび中性原子気体BECの量子流体力学」（招待講演） 日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

3 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転ボーズアインシュタイン凝縮系の3次

元渦糸シミュレーション」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

4 竹内宏光笠松健一坪田誠「 調和ポテンシャル中の回転2成分ボース凝縮体にお

23

ける渦構造」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

5 R Hanninen 三 坪田誠「Quantum turbulence around a vibrating wire」日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

6 　三 R Hanninen坪田誠「「速度に依存しない乱流遷移」は熱カウンター流で

も存在するか」日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

7 三 「 流動乱流と古典乱流の 似性相違性」第54回理論応用力学講演会（日

本学術会議 メカニクス構造研究連絡委員会主催）2005 1 25-27

8 三 「 流動ヘリウム中での乱流遷移」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱

流現象と力学系的縮約」2005 1 12-14

9 　小林未知数「量子流体における乱流現象とエネルギースペクトル Gross-Pitaevski

i方程式による 析」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱流現象と力学系的縮

約」2005 1 12-14

10 坪田誠「乱流の量子古典対応」（招待講演）九州大学応用力学研究所研究集会「乱

流研究の異分野融合と新たな創成」2005 6 16-18

11 　金本理奈坪田誠「回転ボースフェルミ混合系における量子渦とフェルミ原子の

相互作用」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

12 小林未知数坪田誠「Gross-Pitaevskii方程式による 流動乱流のエネルギースペ

クトルII」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

13 　三 坪田誠「常流体乱流中の量子渦ダイナミクスの統 的性 」日本物理学会

2005年秋季大会　同志社大学

14 　藤山将士R Hannienn坪田誠「量子渦糸と球状粒子の相互作用運動－ 流動乱

流の可視化に向けて」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

15 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転BEC系におけるエネルギー散逸と乱

流状態」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

学位論文

博士論文

1 西 岡 圭 太 「 樹 木 状 分 子 デ ン ド リ マ ー に お け る 振 動 エ ネ ル ギ ー 及び励 子の分子内移動ダイナミクス」

研究助成金取得状況1 坪田誠日本学術振興会基盤研究(B)「 流動ヘリウムおよび中性原子気体ボース凝

縮系における量子渦の物理」590万円

2 笠松健一日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

3 小林未知数日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

その他 1 坪田誠日本物理学会代議員

24

超高エネルギー研究室

川上三郎 教授 林 嘉夫 助教授 松山 利夫 技術職員(システム計測室)

小島 浩司 (D3) 田中 秀樹 (D3) 野中 敏幸 (D3) 大嶋 晃敏 (D1)

松本祐輔（M1） 松本慶一郎(M1) 清水伸明（M1） 奥田剛司（B4）

研究概要

1 宇宙粒子線による点源探索と加速機構の研究（川上林松山小島田中野中大嶋松本（慶）松本（祐）清水） インドデカン高原南部の Ootyでタタ基礎研究所との共同研究で表題の研究を行っ

ているこのために大規模空気シャワー観測装置の建設運転を継続中である現在

シンチレーション検出器（1m２）約 280台および４基のミューオン検出装置（合計 560m２＞1GeV）でデータ収集を行っておりデータを蓄積しつつ解析を進めている到来方向の角度精度の向上を図るために導入した粒子入射時刻較正システムを用いて較正を

行ったまた検出面積の拡張のためにファイバーを使った新しいシンチレーション検

出器 30台を製作し空気シャワーアレイに組み込んだこの様にして得られた空気シャワーの観測結果を解析した結果 1014～1015eV付近においては一次宇宙線の原子核組成が徐々に重い原子核が増加しているという新しい知見が得られたので学位論文（田中）

として公表した 2 太陽系近傍における宇宙線の異方性の研究（川上林松山小島田中野中大嶋 松本（慶）松本（祐）清水） Ootyの大規模空気シャワー観測装置の一部である４基のミューオン検出装置を用いて数十 GeVの一次宇宙線の時間変動を高精度で方向別に観測を続け約 3年間のデータの蓄積を得たこれらのデータの解析結果から太陽圏の周辺磁場の構造に関して重要な知

見が得られたので学位論文（小島）として公表した 3 L3+Cosmic実験（川上林） L3+C実験はＣＥＲＮ（ヨーロッパ高エネルギー物理学研究所）において LEP（Large Electron Collider）のＬ３実験で用いられた高エネルギーミューオンの運動量を精密に測定する装置を使用して宇宙線中の高エネルギーミューオン（15GeV～1TeV）の測定を行った実験装置 及び解析の結果は同研究所の L3C のホームページ

25

(httpl3cosmicscernch8000l3cwww)に紹介されている L3+C実験は完了していて現在はデータ解析とまとめが行われている解析の主なテーマとしては 1013ｅV～１0１６eVにおける一次宇宙線の化学的成分の測定50GeV～１TeVの大気ミューオンのエネルギースペクトラムミューオン荷電比月の影を利用した高

エネルギー宇宙線反陽子の強度観測太陽フレアに伴う GLE現象における高エネルギーミューオンの観測などが対象となっている解析の結果 20GeV～3000GeVの範囲の大気ミューオンについて高精度なエネルギースペクトラムが得られたのでそれを公表した

4 新しい日印宇宙線共同研究の検討（川上林） ヒマラヤのハンレーにおける高エネルギー宇宙線観測計画の可能性を調査検討する

ためにタタ研究所を訪れ今後の共同研究の進め方について議論を行ったその結果

出来るだけ早期に 3m口径のチェレンコフ望遠鏡を導入することが合意された 5宇宙線望遠鏡計画 (Telescope Array Project)（川上林田中野中松本（祐）松本（慶）清水奥田） 宇宙線望遠鏡計画は最高エネルギー領域（～＞1020eV）の宇宙線を広大な面積を持つ（～1000km2）空気シャワー観測装置をユタ州のミラード郡に設置し観測しようと

する計画である観測装置の建設には 4 年を要するこの宇宙線望遠鏡は空気シャワー観測装置としては世界最大であった AGASA（東京大学宇宙線研究所付属明野観にある超大空気シャワー観測装置現在は終了）の１０倍の規模を持ち統計精度の良いデータ

の収集が期待されている 地表検出器はシンチレーション検出器約 500 台を使用し主として大阪市立大学がこ

の部分の開発製作を担当しているこの他に大型の固定式蛍光望遠鏡３基により空

気シャワーが大気中を発達する様子を精密に測定し一次宇宙線の核種やエネルギーな

どを測定する平成 15年度から 6年間の予定で特定領域研究（科研費）が採択され東京大学宇宙線研究所を中心として多くの大学が参加しているエンジニアリングアレイ

として 20 台が製作されその内の 18 台が現地に展開され試験的にデータ収集を行う事が出来た

教育研究業績

学術論文 １PAchard SKGupta YHayashi SKawakami SCTonwar et al ldquoMeasurement of the atmospheric muon spectrum from 20 to 3000 GeVrdquo

Physics Letters B 598 15‒ 32 (2004) ２SKGupta YHayashi SKawakami HKojima TNonaka HTanaka SCTonwar

et al

26

ldquoGRAPES-3 A high-density air shower array for studies on the structure in the cosmic-ray energy spectrum near the kneerdquo

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 540 311-323 (2005)

学会研究会講演 日本物理学会 2004年秋季大会(2004年 9月) 高知大学 1 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（2） 2 川上三郎テレスコープアレイ計画 78地表検出器の総合試験の評価 日本物理学会 第 60回年次大会(2005年 3月) 東京理科大学 1 大嶋晃敏Ooty空気シャワー実験 20（検出器間の相対時刻較正Ⅳ） 2 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（3）

学位論文

博士論文 （Study of Cosmic Ray Sidereal Anisotropy with GRAPES-3 Muon

Telescopes） ( A Study of Nuclear Composition of Primary Cosmic Rays with GRAPES-3

Air Shower Experiment )

研究助成金取得状況

１ 林 嘉夫学術振興会基盤研究（B）（360万円） 「空気シャワーアレイ用粒子到来時刻較正システムによる角分解能向上の研究」 ２ 川上三郎学術振興会基盤研究Ｃ （50万円） 「大型ミューオンテレスコープによる太陽フレアと銀河宇宙線の異方性の研究」 ３川上三郎文部科学省特定研究 （10100万円） 「地表検出器の開発と AGASA検出器による較正」 ４川上三郎東京大学宇宙線研究所共同利用 （55万円） 「大型ミューオンテレスコープによる銀河宇宙線強度の観測」

海外出張および海外研修

１ 林 嘉夫インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と宇宙線化学組成の研究」 2004年8月7日－2004年10月5日

小島浩司 GRAPES-3 ミュオン望遠鏡による宇宙線恒星時異方性の研究 田中秀樹 GRAPES-3 空気シャワー実験による一次宇宙線原子核組成の研究

27

インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と

宇宙線化学組成の研究」2005年1月24日－2005年3月8日

２ 川上三郎インドタタ研究所インド天文物理学研究所 「新しい日印宇宙線共同研究についての打ち合わせ」2005年 1月 6日～17日

3川上三郎米国ユタ州ミラード郡 「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日

4奥田剛司米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作及び設置」 2004年 11月 15日～12月 23日 ５松山利夫米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日 ６大嶋晃敏インドタタ研究所 「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線

源と宇宙線化学組成の研究」 2004年9月16日－2005年1月10日

その他

1 川上三郎東京大学宇宙線研究所実施専門委員 2 川上三郎大阪大学附属核物理センター運営委員

28

高エネルギー物理学研究室

奥沢 徹 教授 清矢 良浩 助教授 山本 和弘 助手

平本 潤一(M2) 坂井 俊之(M2) 脇坂 隆之(M1)

東田 翼(B4)

研究概要 陽子反陽子衝突型加速器を用いた素粒子実験（奥沢清矢山本平本坂井脇坂） 米国フェルミ国立加速器研究所における日米協力研究の一環として陽子-反陽子衝突型加

速器テバトロンと汎用型素粒子検出器CDFを用いた実験を遂行したRun-Iのデータ収集は

すでに終了しており重心系衝突エネルギー18TeVにおいて積分ルミノシティ約109pbminus1の

データが蓄積されているそのデータを用いたヒッグス粒子の探索トップクォーク性質

の調査電弱相互作用の測定QCDの検証超対称性に関連する新粒子やR-Parityを破る現

象の探索などの実験の解析を行ってきたがそれら一連の解析は終了しつつある 本年度においても重心系衝突エネルギ

ー196TeV でのRun-IIデータ収集が順調

に継続中である加速器のビーム強度も本

年度は10倍以上に増強され積分ルミノシ

ティも2005 年3月現在で900pbminus1となった

この内磁気テープに保存されデータ解析

に使用可能な分が約700pbminus1となっている

(図1) この高統計データを用いたヒッグ

ス粒子の探索ボトムクォークやトップク

ォークの性質をさらに詳しく調べるため

の解析が精力的に進められ結果も出始め

ている（学術論文1-30)CDF Run-II検出

器の詳細については参考文献1を参照され

たい我々の研究室では本年度も検出器

各部の校正とデータ解析用の大容量ディ

スク装置の更なる整備を行い解析のため

の計算機能力増強が継続され主にヒッグス粒子やSUSY粒子探索を遂行している特に今

年度は中性ヒッグス粒子探索に於いて大きな進展があったのでここで紹介する 我々の研究室が担当しているヒッグス粒子の探索モードは 0 pp Wh WWW Xν νplusmn plusmnrarr rarr rarr (1)

というW ボゾン付随生成からのヒッグス粒子がWW へ崩壊し終状態に同符号の電荷を持つ

２つのレプトン(e または μ)が現れるというモードであるヒッグス粒子を除いた素粒子標

準模型ではこの「同符号電荷二重レプトン」という事象は非常に稀なため標準模型を越え

る素粒子探索には非常にシグナルノイズ比が良いという利点がある我々は2004年夏までに

蓄積された1935pbminus

1

図1CDFにおける積分ルミノシティ

1

cgt

のデータを用いて同符合電荷二重レプトンを持つ事象を選び出し様々

な吟味を加えた先ず種々の検出器からの応答からレプトンであるという同定を与えた後に

さらに２つのレプトンの横運動量 が p を満たすサンプルを集め

た結果得られた事象数は標準模型から得られる量と誤差の範囲で一致を見た特に図2

に示すようにヒッグス粒子に感度が高い領域(縦軸 が小さい方のレプトンの 横軸

２つのレプトン運動量のベクトル和の横成分)に於いて期待値095plusmn061(stat)plusmn018(s

yst)に対して検出数は0であったこのことから我々は

Tp 20 GeVTp cgt 6 GeVT

Tp Tp

0pp Whrarr の生成断面積と

の崩壊分岐比の積

0 h WWrarr0 0( ) (pp Wh Br h WWσ rarr sdot rarr ) に対する上限値を95の信頼度でハドロンコ

ライダーにおいて世界で始めて得ることに成功した(図3)(参考文献2) 論文は現在執筆中

である理論値に対してまだ２桁の開きがあるが現在さらに蓄積された1fbminus1のデータを解

29

析中であるまた図4は現在までにテバトロンで得られたヒッグス粒子探索全体の様子である

p0 20 40 60 80 100 120

0

10

20

30

40

50

60-11935 pbCDF Run II Preliminary

(GeVc)

eee

μμμμe

Expected 62plusmn 34

Region C

Expected 293plusmn 71Observed 30

Region B

Region A

Observed3

Expected 81plusmn 31Observed 12

Signal boxExpected 095plusmn 080Observed0

)2Higgs mass (GeVc

-11935 pbCDF Run II Preliminary

Cross section upper limit of WH signal

100 120 140 160 180 200100 120 140 160 180 20010

2

101

1

10

102

Observed 95 CL limit

SM higgs

Bosophilic higgs

図2最終的に得られた事象数に対する期待値との

比較

図3得られた断面積の上限値(95CL)と理論値と

の比較

10-2

10-1

1

10

110 120 130 140 150 160 170 180mH (GeV)

Tevatron Run II Preliminary

H WW() lνlνCDF 360 pb-1

H WW() lνlνD0 299-325 pb-1

SM gg H WW()

WH lνbbndash

CDF 319 pb-1

WH eνbbndash

D0 382 pb-1

SM WH Wbbndash

ZH ννndashbb

ndash

D0 261 pb-1

ZH ννndashbb

ndash

CDF 289 pb-1

SM ZH Zbbndash

WH WWWCDF 194 pb-1

WH WWWD0 363-384 pb-1

SM WH WWW

September 29 2005

図4現在までにTevatronで得られたヒッグス粒子探索の結果と理論予測

との比較 2 νμ―ντ振動実験（奥沢）

スイスジュネーブにある欧州共同利用原子核研究所(CERN)で行ったνμ―ντ振動実験の

解析を継続しているこの実験はニュートリノの質量の有無を調べることを主目的として

いる現在は原子核写乾板の画像解析もほぼ終了しているこの乾板中に記録された反応は

通常のν原子核反応としても扱えるのでこれを利用してチャームクォークの質量の精密計

測ν原子核反応前段面積の測定なども行っている（学術論文31-33）

30

図5シリコンマイクロストリップ飛跡検出器

Hダイバリオン及びペンタクォークの探索（山本） 高エネルギー加速器研究機構（つくば市）の陽子シンクロトロン施設においてK－ビームを

用いたΛΛ超重核探索実験(KEK-PS E373)のデータ解析作業を昨年度に引き続き進行中で

ある実験内容は昨年度の年次報告を参照されたい今年度はこれに加えて米国立ブルック

ヘブン研究所または現在茨城県東海村に建設中の文部科学省大強度陽子シンクロトロン施

設J-PARCで予定されている高統計の次期実験のためのシリコンマイクロストリップ飛跡検

出器の製作とテストを行った無事に実機の１号機(図5)は完成し宇宙線を使ったテストも

良好な結果を得ているまた同じく高エネルギ

ー加速器研究機構においてシンチレーティングフ

ァイバーブロック標的を用いたHダイバリオン共

鳴探索実験(KEK-PS E522)のデータ解析も続行

している（京都大学大阪大学東京理科大学

岐阜大学高エネルギー加速器研究機構との共同

研究）これはK－＋12CrarrΛ＋Λ＋K＋

3

＋X 反応を測

定しΛ＋Λ系の不変質量を再構成することによ

り(uuddss)の６クォーク状態と考えられているHダイバリオン共鳴状態を探索するものである以

前の実験でΛ＋Λ系の不変質量にピークらしいも

のが観測された(参考文献3)のを受けて高統計で

その真偽を確かめることを目的としている解析

は最終段階に入っておりプレリミナリな結果ではあるがやはり今回も理論で予測される

スペクトルよりも多少の超過が確認された(図6)この予想スペクトルに対する統計的優位性

は27σであるまたこの実験では同じセットアップを用いて π－＋prarrK－＋Θ＋rarrK－＋K＋＋n の反応を仮定してのペンタクォークΘ＋の探索も行われたΘ＋は( uudds )の５クォーク

状態として2003年に世界で始めて日本のSPring-8で発見され(参考文献4)その後ITEP(ロシ

ア)Jeffersonlab(米国)ELSA(ドイツ)等で追認され測定された質量は1530～1540MeVc

2である(参考文献567)しかしその多くがγ-核子反応からのものでハドロン反応での生

成はITEPでの泡箱写真解析による非常に少ない統計しかない状態であったので今回の

KEKでの実験となった入射π－の運動量は192GeVcであるデータ解析はp(π－K－)系でのmissing mass (喪失質量)を計算することで行いもし終状態に特定の粒子が出来ていれ

ばピークが立つはずである解析はほぼ終了しておりプレリミナリな結果として図7を得た

1530MeVc 2辺りにバンプが見られるバンプの中心値は1530 (stat) (syst)MeVc 2で

あるが統計的有意性は25σであり統計揺らぎの可能性も否定できないので今後のより

統計の高いデータが望まれる

+minus2219

+minus1913

Preliminary

図6ΛΛ不変質量分布 図7p(π－K－) 系の missing mass 分布

31

図8シンチレーティングファイバーブロック検出器で

得られたΣ＋p散乱の飛跡

4 ハイペロン－核子散乱断面積の測定（山本） これは山本が大学院時代から参加していた実験で今年度ようやくデータ解析が終了して

学術雑誌への発表も終わったのでその内容を紹介させて頂く核子－核子散乱データは今

日まで非常に多くの測定データが蓄積され

核子間相互作用の理解は非常に深まっている

がその反面同じバリオンであるΛΣ

Ξなどのハイペロンとの相互作用の研究は

その寿命の短さから来る実験データの少なさ

も相まって未だ発展途上にある言うまでも

ないがその先の目標はバリオン－バリオン

間相互作用の統一的理解であるそこで我々

は上記の3と同じ高エネルギー加速器研究機

構陽子シンクロトロン施設においてシンチ

レーティングファイバーブロック標的を用い

たΣ p 散乱断面積を求める実験を行い

(KEK-PS E289)そのデータ解析を行ってき

たΣ－p散乱に関しては既に発表済(参考文献

8)であるので今回はΣ＋p散乱の結果である

図8はシンチレーティングファイバーブロッ

ク標的で得られたΣ＋p散乱事象の例で実験

手法としては先ず167GeVc の入射π＋ビー

ムを使って得られた p(π＋K＋)Σ＋ 反応を探し出しそこでのΣ＋を今度は入射Σ＋ビーム

と見立てて陽子との散乱事象を測定するというものであるΣ＋の運動量が350MeVc ～750MeVc の範囲の断面積を求めたのもを図9に示す理論モデルとの比較においては

Nijmegenモデル(参考文献9)よりもRGMモデル(参考文献10)の方が近い結果を見せている

(学術論文34)

This work

(b)

This work

(a)f

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4u (cm) v (cm)

π+

K+

Σ+Σ+

pπ+

π+

K+

Σ+

Σ+

p

π+

図9Σ＋ｐrarrΣ＋ｐの弾性散乱断面積(a)Nijmegenモデルとの比較(b)RGMモデルとの比較 参考文献 1 DAcosta et al (CDF Collaboration) Phys Rev D 71 032001 (2005) 2 httpwww-cdffnalgovphysicsexoticr2a20041014lsdilep_whwww 3 J K Ahn et al (KEK-PS E224 Collaboration) Phys Lett B444 267 (1998) 4 T Nakano et al Phys Rev Lett 91 012002 (2003) 5 V V Barmin et al (DIANA Collaboration) PhysAtomNucl 66 1715 (2003) 6 V Kubarovsky et al (CLAS Collaboration) Phys Rev Lett 92 032001 (2004) 7 J Barth et al (SAPHIR Collaboration) Phys Lett B572 127 (2003) 8 Y Kondo et al (KEK-PS E289 Collaboration) Nucl Phys A676 371 (2000) 9 Th A Rijken V G J Stokes Y Yamamoto Phys Rev C 59 21 (1999) 10 Y Fujiwara K Miyagawa M Kohno Y Suzuki Phys Rev C 70 024001 (2004)

32

教育研究業績 学術論文 1 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Long-Lived Doubly-Charged

Higgs Bosons in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 071801 (2005)

2 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoFirst Evidence for 0sB φφrarr Decay and

Measurements of Branching Ration and A(CP) for B Kφ+ +rarr rdquo Phys Rev Lett 95 0 31801 (2005)

3 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Moments of the Hadronic Invariant Mass Distribution in Semileptonic B Decaysrdquo Phys Rev D 71 051103 (2005)

4 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Production Cross Section in

W W+ minus

pp Collisions at s = 196TeV using Dilepton Eventsrdquo Phys Rev Lett 94 211801 (2005)

5 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry from W eνrarr Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 051104 (2005)

6 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for ZZ and ZW Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 091105 (2005)

7 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the J ψ Meson and Hadron Production Cross Sections in

Bpp Collisions at s = 1960GeVrdquo Phys Rev D 71 032001

(2005)

8 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoAnalysis of Decay-Time Dependence of Angular Distributions in 0 SB J ψ φrarr and 0 d

0B J Kψrarr Decays and Measurement of the Lifetime Difference between Mass Eigenstatesrdquo Phys Rev Lett 94 101803 (2005) SB

9 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Cross Section for Prompt Diphoton Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 022003 (2005)

10 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Anomalous Kinematics in tt Dilepton Events at CDF IIrdquo Phys Rev Lett 95 022001 (2005)

11 K Hara T Okusawa K Yamamoto et al ldquoSensors for the CDF Run2B Silicon Detectorrdquo IEEE Trans Nucl Sci 51 1546-1554 (2004)

12 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurements of BB Azimuthal Production Correlations in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 092001 (2005)

13 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of the Boson Polarization in Top Decay at CDF at

Ws = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 031101 (2005) Erratum-ibid D 71 059901 (2005)

14 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry of Electron-Positron Pairs in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 052002 (2005)

15 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of Charged Particle Multiplicities in Gluon and Quark Jets in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev Lett 94 171802 (2005)

16 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Scalar Leptoquark Pairs Decaying to qqνν in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 112001 (2005) Erratum-ibid D 71 119901 (2005)

17 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Electroweak Single Top Quark Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 012005 (2005)

33

国際会議講演

1 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoImpurity Scattering Effects on Superfluid Phases in 3Hein 975 Porous Silica Aerogelrdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluids andSolids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

2 H Yano A Handa H Nakagawa et alldquoObservation of Laminar and Turbulent Flow inSuperfluid 4He using a Vibrating Wirerdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluidsand Solids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

3 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoPulsed NMR Study on A like phase of Superfluid 3He inlow porosity aerogelrdquo(poster) The International Symposium on Quantum Fluids and SolidsQFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

4 H Nakagawa K Obara H Yano et alldquoPressure dependence of the surface magnetization of3He on silica strands in aerogel immersed in liquid 3Herdquo(poster) The International Symposium onQuantum Fluids and Solids QFS2004 5-9 July 2004 the University of Trento Italy

5 H Yano ldquoStudy of the turbulent flow in superfluid 4He using a vibrating wirerdquo (talk) TheSymposium on Superfluid Under Roration-2004 9-10 July 2004 the University of Trento Italy

6 O IshikawaldquoIntrinsic angular momentum in superfluid 3He -A in narrow cylindersrdquo (talk) TheSymposium on Superfluid Under Roration-2004 9-10 July 2004 the University of Trento Italy

7 H Yano ldquoStudy of the turbulent flow in Superfluid 4He using a vibrating wirerdquo (talk) Vortex andTurbulence in Classical and Quantum Fluids October 24-25 2004 the University of KyotoJapan

8 H Nakagawa R Kado K Obara H Yano O Ishikawa and T HataldquoNMR Studies on Liquid3He in aerogelrdquo(poster) Todai International Symposium 2004 and The ninth ISSP InternationalSymposium (ISSP-9) on Quantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid StatePhysics Japan

9 H YanoldquoObservation of Turbulent Flow in Superfluid 4He using a Vibrating Wirerdquo(talk) TodaiInternational Symposium 2004 and The ninth ISSP International Symposium (ISSP-9) onQuantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid State Physics Japan

10 M Yamashita K Izumina - - - O Ishikawa et al ldquoRotating Superfluid 3He-A in ParallelPlaterdquo(poster) Todai International Symposium 2004 and The ninth ISSP International Symposium(ISSP-9) on Quantum Condensed System 16-19 Nov 2004 Institute for Solid State PhysicsJapan

11 O IshikawaldquoSpin Dynamics of Superfluid 3He in Aerogelrdquo(talk) ESF COSLAB NetworkConference 17-22 December 2004 Chamrousse Grenoble France

学会研究会講演

1 半田　梓「Vibrating Wire による4He超流動乱流の生成機構」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

2 中川久司「エアロジェル中超流動3Heにおける不純物散乱効果」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

3 石川修六「パルスＮＭＲによるエアロジェル中超流動3Heの研究」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

4 山下　穣「平行平板中の回転超流動ヘリウム３」　　日本物理学会　２００４年秋の分科会　青森大学

5 矢野英雄「振動ワイヤーを用いた超流動ヘリウム中乱流の研究」　　非平衡系の統計物理シンポジウム　２００５年１月１９日~２１日　筑波大学

6 畑　徹「エアロジェル中の超流動ヘリウム３のA－B共存状態」　　日本物理学会　第６０回年次大会　東京理科大学

7 矢野英雄「Vibrating Wireによる4He超流動乱流の生成機構２」

　　日本物理学会　第６０回年次大会　東京理科大学

5

学位論文修士論文

1 半田　梓「Vibrating Wire法による 4He超流動乱流の生成機構」

博士論文

1 中川久司「エアロジェル中ｐ波超流動ヘリウム３」

研究助成金取得状況1 畑 徹受託研究岩谷瓦斯株式会社「熱音響発振器を使った冷凍機の開発」１００万円

2 畑 徹科学技術振興機構 先端計測分析技術機器開発事業「大気浮遊粒子用傾向Ｘ線

分析装置の開発」２００４年度分０円　(但し2004-2008年度全体では３７５０万円)

海外出張および海外研修1 石川修六イタリアトレント大学とフランスLPSENS2004年7月3~23日The International

Symposium of Quamtun Fluids and Solids QFS2004 およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004出席発表　および　研究打ち合わせ

2 矢野英雄the University of Trento Italy2004年7月3日~13日The International Symposiumon Quantum Fluids and Solids QFS-2004およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004　出席発表

3 畑　徹the University of Trento Italy2004年7月3日~13日The International Symposium onQuantum Fluids and Solids QFS-2004およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004　出席発表

4 石川修六Chamrousse Grenoble France　2004年12月17-22日 ESF COSLAB NetworkConference 招待講演

5 石川修六英国ロンドン大学(Royal Holloway) 2005年3月22日~9月２５日薄膜超流動ヘリウムに関する研究

その他1 畑　徹　2004年度　低温工学協会関西支部長2 石川修六2004年度　東京大学物性研究所客員助教授

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光物性物理学唐沢　力 教授 謝　海燕 (D3) 大北健児 (M2) 上田祐士 (B4)

赤井一郎 助教授 岡田 明 (M1) 中村貴史 (B4)

鐘本勝一 助手 加藤 賢 (M1) 藤城明弘 (B4)

研究概要

1 層状結晶半導体中の高密度励起子の非線形光学応答 (大北赤井唐沢)

高密度励起子系において励起子間相互作用は励起子高密度相の物性を決定づけるそこで我々は励起子間に顕著な斥力相互作用を持つ層状結晶GaSe中の励起子系において励起子間相互作用の位相緩和への寄与に着目し縮退四光波混合(DFWM)スペクトルを調べたその結果DFWM信号の励起スペクトルに共鳴位置とその高低エネルギー両側に計 3つのピークを見出したこれらのピークのエネルギー間隔はGaSeの励起子系で顕著に観測される非弾性散乱過程によって交換されるエネルギーに相当するつまり励起子の非弾性散乱状態が関係する非線形光学過程がこの分裂したDFWM信号ピークを与えたものと考えた(StPetersburg 大学と共同研究)

2 高効率蛍光物質ヘキサキスピリジンチオラト銅結晶の光物性 (謝赤井唐沢)

ヘキサキスピリジンチオラト銅結晶 [Cu6(nL minusmpyt)6](nLは配位子の配置を示す)は高い発光効率とそのスペクトルが特異な温度依存性を示す特徴的な二つの緩和発光帯が銅クラスター内遷移と銅クラスターから配位子間の電荷移動型遷移によって現れること発光色の変化はこの二つの発光帯の熱活性過程による強度交替であることなどを明らかにしたまた時間分解発光スペクトルを調べ電荷移動型遷移発光帯が 2つの異なる減衰時定数をもった 2つの発光帯の重ね合わせとして観測されていることを明らかにしたこれらの励起子発光の温度依存性やダイナミクスは銅クラスター内遷移と電荷移動型遷移の 2つを考慮した配位座標モデルで説明できることを示した(物質分子系専攻分子設計学研究室と共同研究)

3 小型光捕集性デンドリマーの励起子ダイナミクス (赤井鐘本)

比較的低世代のデンドリマーにおいて光捕集性外周側鎖の光励起後の励起子の伝達ダイナミクスを調べたその結果これらの小型デンドリマーでは外周側鎖の光励起の後外周側鎖内部での振動緩和以前にコアへ励起子が伝達していることが明らかになったまたこれらの迅速な励起子のコアへの伝達を担う物理的機構はコアと光捕集性側鎖が結合する部分におけるそれらの電子励起子状態の波動関数の重なりによる短距離相互作用であると考えた(生体構造物性研究室ならびに信州大学繊維学部と共同研究)

4 デンドリマーにおけるエネルギー伝達の温度依存性 (岡田赤井鐘本)

光捕集性デンドリマーの光捕集アンテナは数多くの芳香環によって構成されておりそれらの芳香環が中心に位置するコア分子から外側に向かって枝分れしながら結合している形態をとるそのためこれらの光捕集アンテナ部分には多くの分子振動の自由度が存在し室温ではそれらの分子振動の自由度が比較的良く熱励起されていると考えられるこのような状況でも光捕集アンテナを光励起すると

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極めて高い効率でコアへ励起子が伝達するのが光捕集性デンドリマーの特徴であるそこで励起子伝達ダイナミクスにおいて分子振動が担う役割を明らかにするためデンドリマーの励起子伝達ダイナミクスの温度依存性を調べたその結果試料を冷却して溶媒が凍結するとコアへの励起子伝達効率が著しく低下することが明らかになったこの顕著な温度依存性は室温で熱励起されている光捕集性アンテナ芳香環のねじれ振動が励起子の伝達に大きく寄与していることを意味する(生体構造物性研究室ならびに信州大学繊維学部と共同研究)

5 デンドリマーにおける励起子伝達の世代空間形態依存性 (加藤 赤井 鐘本)

光捕集性デンドリマーの光捕集アンテナを光励起すると高効率にコアへ励起子が伝達する特徴がありその伝達量子効率は光捕集アンテナの枝分れ世代数や空間形態に大きく依存することが知られているしかしそれらの励起子伝達の物理的機構は未だ系統的に理解されていないそこで光捕集アンテナが結合できる結合手を 4つ持ったコア分子に2sim4世代の枝分れ光捕集アンテナを3箇所に選択的に結合させた 34-m thデンドリマー (m = 2 sim 4光捕集アンテナの枝分れ世代数)の励起子伝達ダイナミクスを調べたその結果励起子のコアへの伝達量子効率が枝別れ世代数mの増加と共に若干低下する傾向が明らかになった(物質分子系専攻機能化学研究室と共同研究)

6 CdxMn1minusxTeCdyMg1minusyTe半導体量子井戸中のMn2+内遷移と励起子遷移 (赤井)

CdTe半導体にMnをドープするとCdサイトにMn2+が置換され共有性結合を形成するこのMn2+には d5電子が存在しMnを高密度にドープしたCdxMn1minusxTeとバリア層半導体CdyMg1minusyTe で量子井戸構造を形成するとCdxMn1minusxTeのバンド間を基礎とした励起子遷移と共存してそれぞれ特徴的な光学遷移を与える我々は原子数比で 40以上のMn2+をでドープした試料について量子井戸励起子とMn2+中 d5電子内遷移の発光を量子井戸厚を変化させた試料について系統的に調べたその結果特に数Kのネール温度以下の低温において高密度ドープした結果隣り合ったMn2+の d電子間の反強磁性相互作用が顕著になりそれを示す発光を見出した(StPetersburg 大学と共同研究)

7 Cu2O薄膜結晶の励起子スペクトル (赤井)

Cu2Oの最低励起子状態である para励起子は光学禁制で長い寿命を持ち高密度に集約させられる可能性を持つことから励起子系のボーズアインシュタイン凝縮が期待されている系であるそこで我々は空間的に励起子を閉じ込めやすいようにCu2O粉末を 2枚のMgO単結晶板で挟んでその間にCu2Oを溶解浸透させて作成したCu2O薄膜結晶を用意しその光学応答を調べたその結果吸収スペクトルでは黄色と緑色シリーズの励起子遷移が観測された一方発光スペクトルでは3本に分裂した ortho励起子発光とそれらのフォノンサイドバンド発光が観測されたこの分裂はMgOに挟むことによってCu2O薄膜結晶が歪みを受け分裂したものと考えた(大阪府立大学と共同研究)

8 自己形成CdTe量子点の励起子スペクトル (赤井)

ホットウォール法でZnTe上に自己形成させたCdTe量子点の光学応答とその温度変化を調べたその結果CdTe量子点に閉じ込められた励起子による発光と共に結晶成長時にCdTe量子点とバリア層ZnTeの間に形成されるCdTeぬれ層に束

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縛された励起子の発光が観測されたまた試料作成時にCdTeの仕込み量が少ないCdTe量子点ではCdTe量子点の励起子発光が大きく高エネルギーシフトしZnTeのバンドギャップ近傍に現れたこの励起子発光の大きなブルーシフトはCdTeの仕込み量の少ない試料においてCdTeと ZnTeの混晶ぬれ層が形成されその結果CdxZn1minusxTe混晶半導体の量子点が形成されているためと考えた(山梨大学と共同研究)

9 π共役高分子のFETデバイスで誘起されるキャリアの研究 (鐘本)

近年π共役高分子を用いて電界効果トランジスタ (FET)特性が実現されることが報告されその応用に向けた研究が盛んになされているπ共役高分子として層構造を示すポリチオフェン誘導体ならびに大気中で安定なポリフルオレン誘導体に対して実際にトランジスタ動作を確認したそのデバイスに対してトランジスタ動作で誘起されるキャリアを吸収分光でとらえる実験を行い近赤外領域で特徴的な信号を観測したその信号は化学酸化で得られるキャリアに比べて低エネルギー領域に信号を有することが確認され高分子鎖間で広がった状態がキャリアとして働いていることが示唆された(University of Cambridgeとの共同研究)

10 長鎖チオフェンオリゴマーのポーラロンダイナミクス (鐘本)

π共役高分子はドープ状態で高い導電性を示しそのキャリアとして電子スピンを有するポーラロンが重要視されているそれら高分子のモデル化合物として長鎖オリゴマーを用いてESR特性を調べた特にそのESRスペクトルは高周波 (36 GHz)の実験において一般によく用いられるXバンド領域 (9 GHz)と線型及び線幅が顕著に異なるスペクトルを与えたこのことはポーラロンの運動の様子を異なる時間尺度で観測できたことを反映しており今後解析していくことでポーラロンダイナミクスについて詳細な情報が得られることが期待される(分子科学研究所との共同研究)

教育研究業績学術論文

1 H Xie I Kinoshita T Karasawa K Kimura T Nishioka I Akai K KanemotoldquoStructure Study and Luminescence Thermochromism in Hexanuclear 6-Methyl-2-Pyridinethiolato Copper(I) Crystalsrdquo

J Phys Chem B 109 pp9339-9345 (2005)

2 I Akai K Harai K Kouno T Karasawa ldquoPhotocalorimetric study on nonradiative relaxation processes and photolumines-cence quantum yields in Alq3 single crystalsrdquo

J Lumin 108 pp11ndash14 (2004)

3 H Xie M Tougezaka S Oishi I Kinoshita K Kanemoto I Akai T Karasawa ldquoLuminescence processes of hexanuclear methylpyridinethiolato-copper (I) crystalsrdquo

J Lumin 108 pp91ndash95 (2004)

4 V F Agekyan Yu A Stepanov I Akai T Karasava L E Vorobev D A FirsovA E Zhukov V M Ustinov A Zeilmeyer S Shmidt S Hanna E ZibikldquoLuminescence of Stepped Quantum Wells in GaAsGaAlAs and

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InGaAsGaAsGaAlAs StructuresrdquoSemiconductors 38 pp565ndash571 (2004)

5 A Ito H Ino Y Matsui Y Hirao K Tanaka K Kanemoto T Kato ldquoA Bindschedlerrsquos Green-Based Arylamine Its Polycations with High-Spin Multi-plicityrdquo

J Phys Chem A 108 pp5715ndash5720 (2004)

国際会議会議録

1 I Akai K Watanabe K Yamashita K Kanemoto T Karasawa H HashimotoldquoExciton Dynamics in CdTeZnTe Quantum Dots Grown by Hot-Wall Expitaxyrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

2 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M KimuraldquoRapid Energy Transfer in Light-Harvesting Small Dendrimersrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

学会研究会講演

1 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢 力橋本秀樹木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

I-19 pp73ndash76 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

2 岡田 明赤井 一郎鐘本 勝一唐沢 力橋本 秀樹木村 睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

I-21 pp81ndash83 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

3 大北 健児丹治 淳鐘本 勝一赤井 一郎唐沢 力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

II-24 pp93ndash96 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

4 謝 海燕峠坂雅美加藤 賢木下 勇鐘本勝一赤井一郎唐沢 力「ヘキサキスピリジンチオラト銅 (I)錯体結晶の発光特性 (II)」

III-66 pp261ndash264 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

5 赤井一郎 岡田明 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

12pXD-12 第 4分冊 pp643日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

6 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

13pPSA-21 第 4分冊 pp660日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

7 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学応答スペクトル II」

24aPS-44 第 4分冊 pp668日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

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8 岡田明 赤井一郎 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

24aPS-98 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

9 加藤賢赤井一郎鐘本勝一唐沢力大橋正和篠田哲史築部浩「光捕集性 3世代 34デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクス」

24aPS-99 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

その他

1 唐沢　力 　物理学教室談話会（新入生歓迎）　　　　　　　　　「私たちの行っている研究」　

2 唐沢　力　高大連携活動　市大授業　（2004年 5月 1日）　　　　　　　　　「大学で学ぶ物理 - 物理の面白さと必然性」

学位論文修士論文

1 大北健児 「 半導体GaSe結晶における高密度励起子の縮退四光波混合スペクトル」ldquoSpectra of High-Density Excitons in Semiconductor GaSe Crystal by Degenerate-Four-Wave Mixing Methodrdquo

博士論文

1 謝 海燕「 銅 (I)-クラスターを中心とする新規複合錯体化合物結晶の光励起状態とその緩和過程」ldquoPhoto-Excited States and Thier Relaxation Processes of Novel Cu(I)-Cluster-DominatedCoordination Compound Crystalsrdquo

研究助成金取得状況

1 唐沢 力 (代表者) 赤井一郎 鐘本勝一 飯田 武 鈴木正人文部省科学研究費補助金 基盤研究 (B-2) (課題番号14340095)(H14 6200千円 H15 4500千円 H16 1200千円)「半導体中に光学的に生成された量子凝縮相のダイナミックス」

海外出張および海外研修

1 鐘本勝一 「有機高分子を用いた最先端デバイス技術の習得及びその動作機構の解明」

Cavendish Laboratory Cambridge University UK Mar 2004 - Mar 2005

2 赤井一郎 6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter

(EXCONrsquo04) Cracow Poland 6-9 July 2004

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生体構造物性研究室

橋本 秀樹 教授 丸山 稔 講師 杉﨑 満 講師

佐島 徳武 (PD) 藤井 律子 (PD) 柳 和宏 (D3学振PD)

西尾 友宏 (M2) 清水 麻登香 (M2) 和泉 拓朗 (M1) 楠本 利行 (M1) 下中 奨三 (M1) 藤原 正澄 (M1) 鈴木 聡 (B4) 重信 明孝 (B4) 若竹 伸幸 (B4)

研究概要

1 サブ10フェムト秒時間分解分光計測システムの構築とフェムト秒時間領域分光（杉﨑佐島橋本） 光合成反応系は生命の40億年とも言われる歴史に基づく自然選択の摂理により改良されてきた天然のエネルギー変換システムであるこの反応系は人類がこれまで構築し

た如何なるシステムよりも遥に速い変換速度（lt 100フェムト秒）で高効率のエネルギー変換（～100）を行うと考えられているそのため光合成反応系の初期過程のメカニズムを明らかにすることは基礎物理的にも応用的にも非常に重要である近年レーザ

ー技術の進歩により市販のレーザーを用いることで100フェムト秒程度の超短パルスを比較的簡単に手に入れることが可能となったしかし光合成系の初期過程を明らかに

するためにはそれよりも更に一桁以上時間分解能の良い光源の開発が必要不可欠となる

そのため我々の研究室ではチタンサファイア再生増幅器からのレーザー光を2つに分け一方を自己位相変調により白色光もう一方をBBO結晶を用いて第二高調波を発生させこれらの光の非同軸光パラメトリック増幅を行うシステムを構築した 今年度はフェムト秒再生増幅装置を励起光源とする非同軸光パラメトリック増幅器

（NOPA）2台の性能最適化を行った我々の持つ全てのノウハウを傾注しプリズム対およびチャープ鏡対を併用したパルス圧縮を行うことにより可視波長域（500sim750 nm）において最短6フェムト秒のパルス幅を持つ「本当の」フェムト秒光パルスの安定発生を達成した同レーザー光を用いてポンププローブ時間分解吸収分光縮退４光波混合計

測システムを構築した本レーザー装置の出力スペクトルに合致する吸収帯を持つ試料と

して極性カロテノイドアナログ及び共役二重結合数15を持つマクロカロテン分子についての時間領域分光計測を行ったいずれの試料においても過渡吸収変化にimpulsive stimulated Raman processに由来するコヒーレント振動が重畳した信号が観測された比較的干満な時間変化を示す極性カロテノイドアナログの場合は適当な窓関数を設定して

フーリエ変換を行うことによりコヒーレントフォノンモードの周波数及び強度の時間変

化が観測できた励起状態の位相緩和時間に対応すると考えられるコヒーレントフォノン

モードの減衰の時定数としてsim1 psが得られたこの値は観測している励起状態の寿命（sim2 ps）の半分程度の値を示している超高速な緩和を示すマクロカロテン分子においても同様なコヒレーントフォノン信号の時間変化が観測されたしかしながら本試料の場合

は時間領域に現れるコヒーレント振動が時間と共に変化する大変興味深い様相が確認さ

れたフーリエ変換を用いた従来どおりの解析はコヒーレント振動の時間変化が無い場

合に限り適応可能である上述の観測結果は単純なフーリエ解析の限界を打破する新た

な解析手法の創出が必須である事を示唆しているマクロカロテン分子に関してはポン

ププローブ分光の他４光波混合を用いた予備的な実験も行った

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2 光合成光反応中心複合体におけるカロテノイドの構造安定化（橋本）

光合成系における機能発現には複数の光合成色素（カロテノイド及びクロロフィル）

がアポタンパク質により形成される反応場の中で空間的に規則正しく配列した色素蛋白

超分子複合体構造が密接に関係している特に光捕集光保護構造安定にはカロテノ

イド色素が重要な役割を果たしているこれまでに紅色光合成細菌Rhodobacter (Rb) sphaeroidesを中心に光保護作用に関する研究が数多くなされてきたこれはRb sphaeroidesがX線構造解析により蛋白の構造が解明されていることまたカロテノイド欠損株R-261と所望のカロテノイドを用いることにより人工の光反応中心を再構成できることなど興味深い研究の場を与えてくれることに起因するしかしながら光反応中

心に再構成されたカロテノイドが天然の物と同じ位置に取り込まれるかという最も基本

的かつ本質的な問題についてはこれまで明らかにされていなかった英国グラスゴー大

学及び米国コネチカット大学との共同研究によりRb sphaeroides R261の光反応中心にspheroideneや34-dihydrospheroideneを再構成した試料について高分解能X線構造解析を行ったその結果カロテノイドのバインディングサイトを明らかにすると共にフェニル

アラニンM162が門番の役目となりカロテノイドが一方向からのみ光反応中心に取り込まれていくという興味深い結果を得た更にトリプトファンM75が鍵の役目となりカロテノイドと水素結合することにより構造の安定化がなされていることを明らかにした

得られた結果を学術雑誌（Structure）にて公表した

3 アナログカロテノイドを再構築した光反応中心複合体の電場変調吸収分光（柳西尾清水橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と系外から有機合成により調製したアナログカロテノイドを再構築した人工のRCの電場変調吸収分光測定（室温及び低温）を行ったカロテノイド分子の有無により周囲に存在するバクテリオクロロフィル分子周辺の静電環境にどのような差異が生じる

のかを初めて定量化した室温（生理温度）で測定した場合カロテノイド分子から16 Aring離れて存在するスペシャルペアバクテリオクロロフィル分子の周辺の静電場にカロテノ

イド分子の有無により10 程度もの差異が生じることを明らかにした得られた成果を学術雑誌（J Phys Chem B）にて公表した

4 アナログカロテノイドを天然のアポ蛋白質に再構築した人工の光合成光反応中心複合体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本西尾橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と有機合成により調製した一連の共役鎖長を持つアナログカロテノイドを再構築した人工のRCのナノ秒時間分解吸収スペクトル測定を行った得られた吸収スペクトルデータのセットに対して特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを適用するこ

とにより極微弱な吸収スペクトル変化を精度良く検出することに成功した再構成RCに関する従来の研究では共役二重結合数（N）が9より少ないカロテノイドを再構築した場合光保護作用の発現のために必須のカロテノイドの三重項状態の生成が全く検出さ

れなかったが今回の我々の実験によりN=8およびN=9のカロテノイドを再構築したRCおいてもカロテノイドのT1 rarr Tn吸収スペクトルが観測できたこの結果はカロテノイ

ドの光保護作用の発現機構に関して従来概念を覆す画期的な成果であると考えられる 5 光合成膜中でのアンテナ色素蛋白複合体の超分子配置のその場観察（下中清水藤井橋本） 光合成細菌の光合成系は二種類のアンテナ色素蛋白複合体（LH1及びLH2）と光反応

中心（RC）の3つの色素蛋白複合体が有機的に結合した超分子配置を形成することにより生理機能を発現している平坦な光合成膜を持つ紅色光合成細菌Blc viridisから調製した

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光合成膜試料に焦点を絞り画像計測の物差しを作成することを目的として研究を行った

Blc viridisにはアンテナ複合体としてLH1複合体のみしか存在しないことが知られている透過型電子顕微鏡（TEM）を用いた観測によりLH1複合体の直径10 nmに対応する環状の構造体が細密充填構造を取り配列している画像を取得した得られた画像をフーリエ変

換することにより三角格子構造を示唆する良好な回折パターンを得た回折点以外の余

分な成分を除去し逆フーリエ変換を行うことによりRC-LH1コア複合体の良好な画像を得ることに成功したこの画像データに対して統計処理を行ったところ環状構造体

の直径は98 plusmn 04 nm で分布しておりその中心にRCに対応する構造が観測されることからこの環状構造体がLH1複合体に帰属できることが明確となったまた各LH1リングは細密充填構造を取り配列しているが再隣接距離は約2 nm程度離れていることが明らかになった 単離生成したRC-LH1コア複合体をリン脂質二重層膜（Egg-PC）に再構築する方法を

確立したTEMを用いた観察（フーリエ解析）により再構成直後の人工光合成膜ではコア複合体は細密充填構造を取らず比較的ランダムに配列していた同試料の温度を上

下することで細密充填構造へ導けることが明らかになったこの結果はコア複合体の超

分子配列が制御可能であることを示唆しているコア複合体を再構築した人工光合成膜に

さらに他の種類の光合成細菌由来のLH2複合体を再構築した「本当の」人工光合成膜を作成すべく条件出し及びTEMによるその場観察を行っている

6 極性カロテノイドの同族体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本佐島橋本）

all-trans-レチナールと13-インダンジオンを縮合した2-all-trans-レチニリンデン-13-インダンジオン（RetInd）のTHF溶液に対して三重項増感励起によるナノ秒時間分解吸収分光測定を行った特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを用いたデータ解

析を行うことによりジカチオン状態に帰属できる過渡吸収バンドが特定できたカロテ

ノイド類ではTHFのような溶媒系（非重溶媒）でのラジカル生成は報告されておらずしかも三重項増感励起の際に見つかったこの特異な現象はカロテノイド（共役ポリエン

系）の電子構造を探索する上で重要な知見を与えていることが期待される

7 LH1アンテナ複合体の再構築とその電場変調吸収分光（鈴木藤井柳橋本） 紅色光合成細菌Rhodospirillum rubrumから共役二重結合鎖n = 13のカロテノイド（all-trans-spirilloxanthin）を単離精製した単離したカロテノイドをTriton X-100ミセル中でカロテノイドを除去したB880色素蛋白複合体の単量体サブユニットと再会合することによりRs rubrum LH1複合体を人為的に再構築した吸収スペクトル蛍光励起スペクトルおよび電場変調吸収スペクトルを測定することで再構成体と天然由来のLH1複合体についての比較検討を行ったLH1 complex再構成体はB880吸収帯が3 nm短波長シフトしている点とカロテノイド部分の振動構造がより明瞭になっている点を除けば天然体

と基本的に同様な吸収スペクトルを与えた蛍光励起スペクトルの測定によりカロテノ

イドからバクテリオクロロフィルへの励起エネルギー移動効率を決定したところ天然

LH1では35であったのに対し再構成LH1はこれより有意に高い40の効率を与えた電場変調吸収分光測定によってLH1複合体中のカロテノイド及びバクテリオクロロフィル分子の非線形光学パラメータ（光誘起分極率変化∆α光誘起双極子モーメント変化∆micro）を決定したところバクテリオクロロフィル分子では天然体と再構成体とで同様の値を与

えるのに対してカロテノイド分子では大きな差異が検出されたこの結果は再構成LH1複合体中のカロテノイド分子周辺の静電的環境が天然 LH1の場合とは明らかに異なっていることを示している電場変調吸収分光法は再構成体の構造に関して有意な情報を与

える分光学的手法であることが明らかになった 8 非線形光学材料の性能向上を目指した計測と評価（藤原丸山橋本）

大出力テラヘルツ電磁波（THz波）発生を実現するための有機非線形光学材料の性能評

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価について種々の分光計測法を適用することにより多角的に検討を行った具体的な測

定対象となる有機非線形材料としては既に良好なTHz波発生が確認できている2-メチル-4-ニトロアニリン（MNA）誘導体について検討した 様々な置換基を有するN置換MNA誘導体の大量合成を行ったブリッジマン炉を用いた

融液からの結晶成長とゾーン精製による純化を行いこれらMNA誘導体からの良質な単結晶の作成を目指して勢力的に研究を展開した特に単結晶試料の透明性を追求し種々

の条件だしを行った得られた結晶の面方位はX線ラウエ法により評価した 結晶の2次非線形光学定数（dテンソル）の測定を行うための装置を作成して稼働し各

MNA誘導体結晶のdテンソル成分の相対値を決定したdテンソルの決定には第二高調波発生法を採用しその励起光源としてはNdYAGレーザーの基本波（1064 nm）を用いた結晶試料は回転ステージ上に固定し励起光の偏光（p偏光およびs偏光）に対して任意角度に回転角を設定できるようにした原理的に全部で27個あるdテンソル成分に関して結晶構造および結晶内における分子配置を考慮することにより測定結果をシミュレーシ

ョンするコンピュータプログラムの開発も平行して行った 以上の研究を通じて1）光学的に良質で大型のBNA単結晶の成長に成功した2）dテンソルの成分比を実験的に検証しdZZZ成分の異常な増大を観測した3）dZZZの異常な増

大は超分子クラスターを考えることで定性的に説明可能であることを明らかにした4）結晶中の水素結合によって形成されるネットワークがdテンソルに大きく影響を与える事を明らかにした目標である良質で大きな有機非線形光学結晶の開発と二次非線形感受

率テンソルの決定等の結晶面方位に即した物性評価をすることができ当初の計画を十分

満足する研究成果が得られた 9 氷六角板結晶の成長と融解の間に生じる非対称なパターン形成（丸山）

結晶にはミクロな構造的異方性があるために特定の方位の結晶面のみがマクロな結晶

外形を構成するすなわち成長形は成長速度の遅い方位の平面によって融解形は融解

速度の速い面によって囲まれるという法則がある両者は違った形になることが予測さ

れるがその関係をきちんと調べた例はほとんどないそこで氷と水の圧力下共存系を

対象にして系の温度を下げながら氷を成長させ温度を上げながら氷を融解させた得

られた成長形はプリズム面と基底面で囲まれた六角板状であるのに対して融解形は六角

形の角から優先的に解け出して定常状態では逆六角形を示したすなわち成長形が30度回転した相似形になったただしこれら六面はわずかに曲がったラフ方位の曲面である

従来融解形は角ばった先端から解け始め丸い定常形に落ち着くものと考えられていた

界面での成長融解の素過程を考慮した数理モデルを作ってこの非対称変化を定性的に

説明した 教育研究業績 学術論文 1 K Yanagi H Hashimoto AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the LH2

complex from Rhodobacter sphaeroides G1C frequency and temperature dependencerdquo J Phys Chem B 108 10334-10339 (2004)

2 H Hashimoto K Yanagi M Yoshizawa D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoThe Very Early Events Following Photoexcitation of Carotenoidsrdquo Arch Biochem Biophys 430 61-69 (2004)

3 H Hashimoto T Sashima K Yanagi and M Yoshizawa ldquoUltrafast Relaxation Processes of Photosynthetic Carotenoidsrdquo Rev Laser Engineer 32 701-710 (2004)

4 RJ Cogdell H Hashimoto and AT Gardiner ldquoPurple Bacterial Light-Harvesting Complexes

15

From Dreams to Structuresrdquo Photosynth Res 80 173-179 (2004) 5 W Wohlleben T Buckup H Hashimoto RJ Cogdell JL Herek and M Motzkus

ldquoPump-deplete-probe spectroscopy and the puzzle of carotenoid dark statesrdquo J Phys Chem B 108 3320-3325 (2004)

6 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of the inhomogeneous band-broadening on the nonlinear optical properties of hydrazonesrdquo Phys Rev B69 205103 (2004)

7 AW Roszak K McKendrick AT Gardiner IA Mitchell NW Isaacs RJ Cogdell H Hashimoto and HA Frank ldquoProtein Regulation of Carotenoid Binding Gatekeeper and Locking Amino Acid Residues in Reaction Centers of Rhodobacter sphaeroidesrdquo Structure 12 (2004) 765-773

8 T Nakajima H Nagasawa M Maruyama T Komatsu J Nelson ldquoMacroscopic crystallization of nanocrystals into supercrystalsrdquo Jpn J Appl Phys 43 1102-1103 (2004)

9 D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri K Yanagi H Hashimoto RJ Cogdell ldquoConjugation length dependence of internal conversion in carotenoids Role of the intermediate staterdquo Phys Rev Lett 93 163002 (2004)

10 D Kosumi H Hashimoto and M Yoshizawa ldquoPump Wavelength Dependence of Ultrafast Relaxation Kinetics in β-Carotenerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 29-31

11 RJ Cogdell H Hashimoto K Yanagi D Polli G Cerullo G Lanzani and S de Silvestri ldquoExcited Singlet States of Carotenoids and Their Involvement in Photosynthetic Light-Harvestingrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 60

12 S Hirota H Inoue A Teteishi H Hashimoto Y Tomita M Murakoshi T Nigo K Sekimoto J Yokoyama and H Funayama ldquoAssessment of Conjunctival Impression Cytology (CIC) Method of Beta-carotene and Canthaxanthin Fed Vitamin A Deficient Ratsrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 43-45

13 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of carotenoid on electrostatic environment around the bacteriochlorophyll special pair in the reaction center of the urple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 26-28

14 T Sashima I Matsuda K Misawa S Koshiara and H Hashimoto ldquoThe Control of Photoisomerization of All-Trans Retinal by Using Chirped Femtosecond Laser-Pulsesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 24-25

15 M Sugisaki T Sashima K Yanagi A Sugita and H Hashimoto ldquoStationary and Transient Optical Absorption Measurements in Polar Retinoid Analoguerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 20-23

16 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell H Hashimoto ldquoElectroabsorption spectroscopy of β-carotene homologs Anomalous enhancement of ∆micrordquo Phys Rev B71 195118 (2005)

17 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto JP Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8-13 conjugated double bonds as determined by electronic absorption spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 410 108-114 (2005)

18 D Kosumi K Yanagi T Nishio H Hashimoto M Yoshizawa ldquoExcitation energy dependence of excited states dynamics in all-trans-carotenes determined by femtosecond absorption and fluorescence spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 408 89-95 (2005)

19 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M Kimura ldquoRapid energy transfer in light-harvesting small dendrimersrdquo J Lumin 112 449-453 (2005)

20 K Kanemoto M Shishido T Sudo I Akai H Hashimoto T Karasawa ldquoConcentration-dependence of photoluminescence properties in polythiophene diluted in an inactive polymer matrixrdquo Chem Phys Lett 402 549-553 (2005)

21 K Yanagi M Shimizu H Hashimoto AT Gardiner AW Roszak RJ Cogdell ldquoLocal electrostatic field induced by the carotenoid bound to the reaction center of the purple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo J Phys Chem B 109 992-998 (2005)

22 M Maruyama ldquoRoughening transition of prism faces of ice crystals grown from melt under pressurerdquo J Crystal Growth 275 598-605 (2005)

国際会議会議録

16

1 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

2 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 363-367

3 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

国際会議講演 1 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and

reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

2 RJ Cogdell AT Gardiner S Prince TD Howard M Papiz H Hahsimoto K Yanagi HA Frank AW Roszak and NW Isaacs ldquoThe organisation of carotenoids in purple bacterial antenna complexes and reaction centres analysis of structure and functionrdquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

3 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

4 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

5 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

6 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoMolecular Architecture of Native and Reconstituted Pigment Protein Complexes of Purple Photosynthetic Bacteriardquo Open Workshop on Molecular Modified Electrodes for Clean Energy Conversion (2004 October 1) Panasonic Center Ariake Tokyo Japan

7 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on Materials Science and Nano-Engineering (2004 December 11-14) Osaka Univ Suita Osaka Japan

8 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto HA Frank RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet States of Carotenoids Having Shorter Conjugation Lengths Reconstituted into the Reaction Centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 Detected by Time-Resolved Absorption Spectroscopyrdquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

9 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner AW Roszak and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

10 H Hashimoto R Fujii K Yanagi A T Gardiner A W Roszak N W Issacs H A Frank and R J Cogdell ldquoStructures and functions of carotenoids bound to reaction centers from purple photosynthetic bacteriardquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17

11 R L Christensen H A Frank M Grace I Galinato E F Chu R Fujii and H Hashimoto ldquoThe optical spectroscopy of cis and trans polymers models for cis and trans carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

12 K Nakagawa R Fujii K Yanagi S Suzuki A T Gardiner R J Cogdell H Hashimoto and M Nango ldquoProbing the carotenoid in its biding site in a reconstituted light-harvesting complex 1 from the photosynthetic bacterium rhodospirillum rubrum with electroabsorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

13 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto and J-P Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8sim13 conjugated double bonds as determined by electro absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

14 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoExcitation energy dependence of relaxation kinetics and nonlinear optical responses in all-trans-carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

15 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto H A Frank R J Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet states of carotenoids having shorter conjugation lengths reconstituted into the reaction centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 detected by time-resolved absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

16 M Sugisaki K Yanagi R J Cogdell and H Hashimoto ldquoUltrafast coherent otical response in a β-carotene homologuerdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17 P Molnaacuter H Hashimoto G Toacuteth ldquoComparison of optical absorption- Raman- and FT-IR-spectroscopic data of several natural and semisynthetic (all-E)-carotenoisrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

18 R Nakamura P Wang R Fujii Y Koyama H Hashimoto and Y Kanematsu ldquoVibrational relaxation pathways in the electronic excited state of carotenoidrdquo 15th International Conference on Dynamical Processes in Exited States of Solids (2005 August 1-5) Shanghai China

19 H Hashimoto K Yanagi A T Gardiner A W Roszak and R J Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 6th International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors in Photosynthetic Organisms (2005 September 11-16) Lucerne Switzerland

学会研究会講演 1 赤井一郎中尾浩士鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「デンドリマー構造をもつ巨大分子の光励起ダイナミクスII」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

2 柳和宏AT GardinerRJ Cogdell橋本秀樹「光合成光反応中心複合体の電場変調吸収分光」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

3 佐島徳武楠本利行橋本秀樹「極性カロテノイド類のナノ秒時間分解吸収分光」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

4 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

5 小澄大輔橋本秀樹柳和宏小向牧人吉澤雅幸「フェムト秒分光を用いたカロテノイドのダイナミクスにおける励起光波長依存性」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

6 杉崎満佐島徳武杉田篤史橋本秀樹「極性カロテノイド類のフェムト秒分光 II」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

7 藤原正澄柳和宏丸山稔杉崎満黒柳和良高橋宏典青島紳一郎土屋裕橋本秀樹「N-benzyl MNA単結晶の二次非線型光学特性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

18

8 杉崎満柳和宏橋本秀樹「β-カロテンホモログ体における超高速光学応答」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

9 柳和宏杉崎満橋本秀樹「βカロテンホモログ体における電場変調吸収分光(II) 」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

10 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

11 小澄大輔小向牧人橋本秀樹吉澤雅幸「3準位電子系の超高速光学応答II波長可変励起光によるβ-カロテンの光誘起過渡吸収」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

12 丸山稔増田詩人「ファセット形成過程とラフ方位の曲率発展」第34回結晶成長国内会議 2004年8月25-27日 東京農工大学

13 Q WangY HanX WenP Hu廣田才之橋本秀樹「マウス免疫機能におけるカロテノイド類の効果」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

14 井上弘明本多由美子関本邦敏横山次郎上野隆嗣富田純史長田祥二橋本秀樹村越倫明廣田才之「ビタミンA欠乏系ラットに投与したカロフィルレッドカロフィルピンクの代謝の影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

15 吉澤雅幸小澄大輔小向牧人柳和宏橋本秀樹「共鳴および非共鳴励起によるβ-カロテンの初期緩和過程および超高速光学応答の研究」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

16 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「共役長が異なるカロテノイド類の超高速光学応答」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

17 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「短い共役鎖をもつカロテノイドの光保護作用－光反応中心複合体における三重項状態の検

出」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館 18 柳和宏橋本秀樹「βカロテンホモログ体の吸収スペクトルにあたえるexchange narrowingの影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

19 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「ポリエン共役長が異なるカロテノイド類の時間分解発光分光」日本物理学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス

20 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「光合成光反応中心複合体に再構築したカロテノイドへの三重項エネルギー移動」日本物理

学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス 21 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性Ⅱ」

22 A Cahoon M Maruyama and JS Wettlaufer ldquoGrowth-Melt Asymmetry in Icerdquo APS March Meeting March 21-25 2005 Los Angeles

解説 1 杉﨑 満ldquo測定法(8) ⎯顕微分光rdquo Optronics 11月号 (2004) pp180-188 2 橋本秀樹藤井律子杉﨑 満ldquo物質現象新技術(5) 有機バイオ-光合成アンテナ色素蛋白複合体カロテノイド超高速レーザー分光rdquo Optronics 5月号 (2005) pp159-169

その他 1 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント

19

制御」 2004年4月30日 立命館大学にて講演 2 橋本 秀樹「紅色光合成細菌の光反応中心及びコア複合体の構造」 2004年6月26日 「光合成細菌の色素系と反応中心に関するセミナーXII」（京都大学）にて講演

3 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント制御」 2004年7月23日 高エネルギー加速器研究機構にて講演

研究助成金取得状況 1 橋本 秀樹文部科学省萌芽研究「原子間力顕微鏡を用いた光合成アンテナ色素複合体超分子配置のイメージング」500万円

2 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(2)「人工光合成色素蛋白超分子複合体の動作機構の解明」1500万円

3 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(1)「カロテノイド励起状態中の振動緩和と光合成系におけるエネルギー伝達の研究」1500万円

4 橋本 秀樹NEDO国際共同研究プロジェクト「人工光合成アンテナとナノデバイス開発光合成アンテナ複合体の機能とナノデバイス開発のためのアンテナ複合体の組織化」

1500万円 5 橋本 秀樹科学技術振興機構さきがけ研究「光合成系の人為操作及び光反応制御」8000万円

6 橋本秀樹科学技術振興機構戦略的国際科学技術協力推進事業（日英協力）ナノ空間に配列させた光合成色素蛋白超分子複合体間における超高速励起エネルギー移動過程の

実時間動画撮影技術の確立」3000万円 7 杉﨑 満学術振興会若手研究(B)「光合成色素蛋白超分子複合体の単一分子超高速レーザー分光」50万円

8 杉﨑 満島津科学技術振興財団研究開発助成「青色極超短パルス光発生装置を用いた光合成コヒーレントプロセスの解明」80万円

海外出張および海外研修 1 橋本秀樹米国（Ventura Beach Marriottホテル）2004年1月3日～1月11日2004年度Gordon

Research Conference on Carotenoids への出席及び会議進行 2 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年6月5日～6月13日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

3 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年11月23日～12月3日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

4 橋本秀樹米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で集中講義コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

5 藤井律子米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で講義補助コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

その他 1 橋本秀樹日本物理学会 2003年度JPSJ編集委員 2 橋本秀樹日本カロテノイド研究会幹事役員Carotenoid Science編集委員長 3 橋本秀樹国際カロテノイド学会Council Member

20

素励 物理学研究室

坪田　誠　 教授

木　正人 講師

笠松　健一(PD)

R Hanninen(PD)

金本　理奈(PD)

西岡　圭太(D3)

小林未知数(D2)

三 　　 (D1)

星原　庸平(M1)

神野　大典(M1)

研究概要1 量子乱流のエネルギースペクトル（坪田小林）

　 年 流動乱流（量子乱流）と古典乱流の対応が注目されているボース凝縮の巨

視的波動関数が従うGross-Pitaevskii方程式の三次元数値 析を行い量子乱流が古

典乱流のもっとも代表的な統 則であるコルモゴロフ則を満たすことを示した 算は

全てフーリエ空間で行い大スケールの励 と小スケールの散逸を導入することで定

常乱流を作ったこれは古典乱流と同様のカスケード過程が量子乱流での存在すること

を示した初めての研究であるこの業績は読売新聞日経産業新聞で報道された

2 二成分ボース凝縮体のダイナミクスとテクスチャー（坪田笠松）

　前年度に引き続き二成分ボースアインシュタイン凝縮体に関する理論的研究を行い

２つの凝縮体の位相が結合した場合（内 ジョセフソン効果に相当）渦分子の形成を示

したまたスピンテクスチャーに関する研究を行った

3 交流 流動流れ場中の量子渦の運動（坪田Hanninen三 ）

　　　現在世界的に関心が持たれている振動細線によって作られる 流動乱流実験に関連

して簡単なピニングモデルによる交流流れ場中の量子渦の運動を調べた交流流れ

場の振動数に共鳴してケルビン波が励 され流れ場の強さを増すと多数の渦の再結

合および生成が こり実験結果と定性的に符合する結果を得た

4 回転下ボソン-フェルミオン混合状態（坪田金本）

　回転下の中性原子気体のボソン-フェルミオン混合状態の基底状態の研究を行い原

子間相互作用と回転振動数に応じてフェルミオンが様々な状態変化を行うことを明ら

かにしたこれらは量子ドット量子ホール効果に特徴的な状態を含みこれらの系

との興味深い対応を明らかにしている

5 ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体（坪田小林）

　バイコールグラスなどのナノスケールの多孔体に閉じ込められたヘリウム４を加圧し

た時に 流動- 流動の量子相転移が慶応大学のグループによって観測されたこ

の実験に関連して閉じ込めポテンシャル中の強相関ボース流体の研究を行いボース

凝縮体の局在に関する判定基準を新たに導入することで実験結果と定量的に良い一致

を得た

21

教育研究業績

学術論文

1 KKasamatsu MTsubota M Ueda ldquoVortex molecules in coherently coupled two-componentBose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev Lett 93 250406(1-4) (2004)

2 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of superfluid turbulence Numerical analysis of the Gross-Pitaevskii equation with a small-scale dissipationrdquo Phys Rev Lett 94 065302(1-4)(2005)

3 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoSymmetry breaking and enhanced condensate fraction in a matter-wave bright solitonrdquo Phys Rev Lett 94 090404(1-4)(2005)

4 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoSpin textures in rotating two-component Bose-Einsteincondensatesrdquo Phys Rev A71 043611(1-14)(2005)

5 K Kasamatsu M Machida N Sasa MTsubota ldquoThree-dimensional dynamics of vortex-latticeformation in Bose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev A71 063616(1-5) (2005)

6 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoVortices in Multicomponent Bose-Einstein CondensatesrdquoInt J Mod Phys B19 pp 1835-1904(2005) (Invited review article )

7 KKasamatsu MTsubota ldquoModulation Instability and Pattern Formation in Two-componentBose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 669-674(2005)

8 M Kobayashi MTsubota ldquoBose-Einstein Condensation and Superfluidity of Strongly Cor

related Bose Fluid in a Random Potentialrdquo J Low Temp Phys 138 pp189-194(2005)9 MTsubota K Kasamatsu ldquoDynamics of Quantized Vortices in Superfluid Helium and Rotating

Bose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 471-480(2005)10　R Hanninen A Mitani MTsubota ldquoSuperfluid 3He-B Vortex Simulations inside a Rotating

Cylinderrdquo J Low Temp Phys 138 pp 589-594(2005)11 R Kanamoto H Saito MTsubota M Ueda ldquoMany-Body Analysis of the Hess-Fairbank Effect

in One-Dimensional Bose-Einstein condensates with attractive interactions rdquo J Low TempPhys 138 pp 681-686(2005)

12 M Tsubota M Kobayashi ldquoKolmogorov spectrum of the Gross-Pitaevskii turbulencerdquo JPhysics and Chemistry of Solids 66 pp 1498-1500(2005)

13 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of quantum turbulence J Phys Soc Jpn 74pp 3248-3258 (2005)

14 K Nishioka M Suzuki ldquoDynamics of unidirectional exciton migration to the molecularperiphery in a photoexcited compact dendrimerrdquo J Chem Phys 122 024708(2005)

国際会議講演

1 MTsubotaldquoQuantized vortices in superfluid helium and Bose-Einstein condensates (Invited) The Third 21COE Symposium Astrophysics as Interdisciplinary Science Waseda Univeristy Tokyo Japan 2005 91-3

2 R Hanninen J Kopu EV Thuneberg MTsubota ldquoStability of Quantized Vortices UnderRotation Helically Twisted Vortex Bundlerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

3 AP Finne VB Eltsov G Eska R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoVortex Multiplication in Applied Flow the Precursor to Superfluid Turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

4 M Kobayashi ldquoInertial range of steady quantum turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

5 A Mitani ldquoCorrelation between Quantum Vortices and Eddies in Normal Fluid Turbulen

22

ce rdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005

8 18-206 M Tsubota M Kobayashi ldquoInertial Range and the Kolmogorov Spectrum of Quantum T

urbulencerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

7 AP Finne VB Eltsov R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoRelaxation of a Helical Vortex Clusterrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

8 VB Eltsov AP Finne R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoPropagation of Quantized Vorticity in a Rotating Columnrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

9 R Hanninen A Mitani and M Tsubota ldquoSimple Pinning Model for Vibrating Wire Turbulence in Superfluid Heliumrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

10 R Kanamoto M Tsubota ldquoEnergy Spectrum of Fermions in a Rotating Boson-Fermion Mixturerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

11 M Kobayashi M Tsubota ldquoLocalization of Bose-Einstein Condensation and Disappearance of Superfluidity of Strongly Correlated Bose fluid in a Confined Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

12 A Mitani R Hanninen M Tsubota ldquoCritical Velocity for Superfluid Turbulence at High Temperaturesrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics Universityof Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

13 H Takeuchi K Kasamatsu and M Tsubota ldquoVortex Structures in Rotating Two-component Bose-Einstein Condensates in an Anharmonic Trapping Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

14 M Tsubota ldquoQuantized vortices in Bose-Einstein condensatesrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

15 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoCenter-of-mass fluctuations in a matter-wave bright solitonrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

16 M Tsubota ldquoNumerical study of quantum turbulence (Invited)rdquo Conference on Vortex Rings and Filaments in Classical and Quantum Systems ICTP Trieste Italy 2005 6 6-8

17 M Tsubota ldquoWhat we can do from numerical studies (Invited)rdquo Workshop on New Experimental Techniques for the Study of Quantum Turbulence ICTP Trieste Italy 2005 6 9-10

学会研究会講演

1 小林未知数坪田誠「ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体におけるボース

凝縮の局在と 流動の消失」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

2 坪田誠「 流動ヘリウムおよび中性原子気体BECの量子流体力学」（招待講演） 日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

3 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転ボーズアインシュタイン凝縮系の3次

元渦糸シミュレーション」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

4 竹内宏光笠松健一坪田誠「 調和ポテンシャル中の回転2成分ボース凝縮体にお

23

ける渦構造」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

5 R Hanninen 三 坪田誠「Quantum turbulence around a vibrating wire」日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

6 　三 R Hanninen坪田誠「「速度に依存しない乱流遷移」は熱カウンター流で

も存在するか」日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

7 三 「 流動乱流と古典乱流の 似性相違性」第54回理論応用力学講演会（日

本学術会議 メカニクス構造研究連絡委員会主催）2005 1 25-27

8 三 「 流動ヘリウム中での乱流遷移」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱

流現象と力学系的縮約」2005 1 12-14

9 　小林未知数「量子流体における乱流現象とエネルギースペクトル Gross-Pitaevski

i方程式による 析」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱流現象と力学系的縮

約」2005 1 12-14

10 坪田誠「乱流の量子古典対応」（招待講演）九州大学応用力学研究所研究集会「乱

流研究の異分野融合と新たな創成」2005 6 16-18

11 　金本理奈坪田誠「回転ボースフェルミ混合系における量子渦とフェルミ原子の

相互作用」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

12 小林未知数坪田誠「Gross-Pitaevskii方程式による 流動乱流のエネルギースペ

クトルII」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

13 　三 坪田誠「常流体乱流中の量子渦ダイナミクスの統 的性 」日本物理学会

2005年秋季大会　同志社大学

14 　藤山将士R Hannienn坪田誠「量子渦糸と球状粒子の相互作用運動－ 流動乱

流の可視化に向けて」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

15 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転BEC系におけるエネルギー散逸と乱

流状態」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

学位論文

博士論文

1 西 岡 圭 太 「 樹 木 状 分 子 デ ン ド リ マ ー に お け る 振 動 エ ネ ル ギ ー 及び励 子の分子内移動ダイナミクス」

研究助成金取得状況1 坪田誠日本学術振興会基盤研究(B)「 流動ヘリウムおよび中性原子気体ボース凝

縮系における量子渦の物理」590万円

2 笠松健一日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

3 小林未知数日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

その他 1 坪田誠日本物理学会代議員

24

超高エネルギー研究室

川上三郎 教授 林 嘉夫 助教授 松山 利夫 技術職員(システム計測室)

小島 浩司 (D3) 田中 秀樹 (D3) 野中 敏幸 (D3) 大嶋 晃敏 (D1)

松本祐輔（M1） 松本慶一郎(M1) 清水伸明（M1） 奥田剛司（B4）

研究概要

1 宇宙粒子線による点源探索と加速機構の研究（川上林松山小島田中野中大嶋松本（慶）松本（祐）清水） インドデカン高原南部の Ootyでタタ基礎研究所との共同研究で表題の研究を行っ

ているこのために大規模空気シャワー観測装置の建設運転を継続中である現在

シンチレーション検出器（1m２）約 280台および４基のミューオン検出装置（合計 560m２＞1GeV）でデータ収集を行っておりデータを蓄積しつつ解析を進めている到来方向の角度精度の向上を図るために導入した粒子入射時刻較正システムを用いて較正を

行ったまた検出面積の拡張のためにファイバーを使った新しいシンチレーション検

出器 30台を製作し空気シャワーアレイに組み込んだこの様にして得られた空気シャワーの観測結果を解析した結果 1014～1015eV付近においては一次宇宙線の原子核組成が徐々に重い原子核が増加しているという新しい知見が得られたので学位論文（田中）

として公表した 2 太陽系近傍における宇宙線の異方性の研究（川上林松山小島田中野中大嶋 松本（慶）松本（祐）清水） Ootyの大規模空気シャワー観測装置の一部である４基のミューオン検出装置を用いて数十 GeVの一次宇宙線の時間変動を高精度で方向別に観測を続け約 3年間のデータの蓄積を得たこれらのデータの解析結果から太陽圏の周辺磁場の構造に関して重要な知

見が得られたので学位論文（小島）として公表した 3 L3+Cosmic実験（川上林） L3+C実験はＣＥＲＮ（ヨーロッパ高エネルギー物理学研究所）において LEP（Large Electron Collider）のＬ３実験で用いられた高エネルギーミューオンの運動量を精密に測定する装置を使用して宇宙線中の高エネルギーミューオン（15GeV～1TeV）の測定を行った実験装置 及び解析の結果は同研究所の L3C のホームページ

25

(httpl3cosmicscernch8000l3cwww)に紹介されている L3+C実験は完了していて現在はデータ解析とまとめが行われている解析の主なテーマとしては 1013ｅV～１0１６eVにおける一次宇宙線の化学的成分の測定50GeV～１TeVの大気ミューオンのエネルギースペクトラムミューオン荷電比月の影を利用した高

エネルギー宇宙線反陽子の強度観測太陽フレアに伴う GLE現象における高エネルギーミューオンの観測などが対象となっている解析の結果 20GeV～3000GeVの範囲の大気ミューオンについて高精度なエネルギースペクトラムが得られたのでそれを公表した

4 新しい日印宇宙線共同研究の検討（川上林） ヒマラヤのハンレーにおける高エネルギー宇宙線観測計画の可能性を調査検討する

ためにタタ研究所を訪れ今後の共同研究の進め方について議論を行ったその結果

出来るだけ早期に 3m口径のチェレンコフ望遠鏡を導入することが合意された 5宇宙線望遠鏡計画 (Telescope Array Project)（川上林田中野中松本（祐）松本（慶）清水奥田） 宇宙線望遠鏡計画は最高エネルギー領域（～＞1020eV）の宇宙線を広大な面積を持つ（～1000km2）空気シャワー観測装置をユタ州のミラード郡に設置し観測しようと

する計画である観測装置の建設には 4 年を要するこの宇宙線望遠鏡は空気シャワー観測装置としては世界最大であった AGASA（東京大学宇宙線研究所付属明野観にある超大空気シャワー観測装置現在は終了）の１０倍の規模を持ち統計精度の良いデータ

の収集が期待されている 地表検出器はシンチレーション検出器約 500 台を使用し主として大阪市立大学がこ

の部分の開発製作を担当しているこの他に大型の固定式蛍光望遠鏡３基により空

気シャワーが大気中を発達する様子を精密に測定し一次宇宙線の核種やエネルギーな

どを測定する平成 15年度から 6年間の予定で特定領域研究（科研費）が採択され東京大学宇宙線研究所を中心として多くの大学が参加しているエンジニアリングアレイ

として 20 台が製作されその内の 18 台が現地に展開され試験的にデータ収集を行う事が出来た

教育研究業績

学術論文 １PAchard SKGupta YHayashi SKawakami SCTonwar et al ldquoMeasurement of the atmospheric muon spectrum from 20 to 3000 GeVrdquo

Physics Letters B 598 15‒ 32 (2004) ２SKGupta YHayashi SKawakami HKojima TNonaka HTanaka SCTonwar

et al

26

ldquoGRAPES-3 A high-density air shower array for studies on the structure in the cosmic-ray energy spectrum near the kneerdquo

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 540 311-323 (2005)

学会研究会講演 日本物理学会 2004年秋季大会(2004年 9月) 高知大学 1 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（2） 2 川上三郎テレスコープアレイ計画 78地表検出器の総合試験の評価 日本物理学会 第 60回年次大会(2005年 3月) 東京理科大学 1 大嶋晃敏Ooty空気シャワー実験 20（検出器間の相対時刻較正Ⅳ） 2 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（3）

学位論文

博士論文 （Study of Cosmic Ray Sidereal Anisotropy with GRAPES-3 Muon

Telescopes） ( A Study of Nuclear Composition of Primary Cosmic Rays with GRAPES-3

Air Shower Experiment )

研究助成金取得状況

１ 林 嘉夫学術振興会基盤研究（B）（360万円） 「空気シャワーアレイ用粒子到来時刻較正システムによる角分解能向上の研究」 ２ 川上三郎学術振興会基盤研究Ｃ （50万円） 「大型ミューオンテレスコープによる太陽フレアと銀河宇宙線の異方性の研究」 ３川上三郎文部科学省特定研究 （10100万円） 「地表検出器の開発と AGASA検出器による較正」 ４川上三郎東京大学宇宙線研究所共同利用 （55万円） 「大型ミューオンテレスコープによる銀河宇宙線強度の観測」

海外出張および海外研修

１ 林 嘉夫インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と宇宙線化学組成の研究」 2004年8月7日－2004年10月5日

小島浩司 GRAPES-3 ミュオン望遠鏡による宇宙線恒星時異方性の研究 田中秀樹 GRAPES-3 空気シャワー実験による一次宇宙線原子核組成の研究

27

インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と

宇宙線化学組成の研究」2005年1月24日－2005年3月8日

２ 川上三郎インドタタ研究所インド天文物理学研究所 「新しい日印宇宙線共同研究についての打ち合わせ」2005年 1月 6日～17日

3川上三郎米国ユタ州ミラード郡 「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日

4奥田剛司米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作及び設置」 2004年 11月 15日～12月 23日 ５松山利夫米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日 ６大嶋晃敏インドタタ研究所 「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線

源と宇宙線化学組成の研究」 2004年9月16日－2005年1月10日

その他

1 川上三郎東京大学宇宙線研究所実施専門委員 2 川上三郎大阪大学附属核物理センター運営委員

28

高エネルギー物理学研究室

奥沢 徹 教授 清矢 良浩 助教授 山本 和弘 助手

平本 潤一(M2) 坂井 俊之(M2) 脇坂 隆之(M1)

東田 翼(B4)

研究概要 陽子反陽子衝突型加速器を用いた素粒子実験（奥沢清矢山本平本坂井脇坂） 米国フェルミ国立加速器研究所における日米協力研究の一環として陽子-反陽子衝突型加

速器テバトロンと汎用型素粒子検出器CDFを用いた実験を遂行したRun-Iのデータ収集は

すでに終了しており重心系衝突エネルギー18TeVにおいて積分ルミノシティ約109pbminus1の

データが蓄積されているそのデータを用いたヒッグス粒子の探索トップクォーク性質

の調査電弱相互作用の測定QCDの検証超対称性に関連する新粒子やR-Parityを破る現

象の探索などの実験の解析を行ってきたがそれら一連の解析は終了しつつある 本年度においても重心系衝突エネルギ

ー196TeV でのRun-IIデータ収集が順調

に継続中である加速器のビーム強度も本

年度は10倍以上に増強され積分ルミノシ

ティも2005 年3月現在で900pbminus1となった

この内磁気テープに保存されデータ解析

に使用可能な分が約700pbminus1となっている

(図1) この高統計データを用いたヒッグ

ス粒子の探索ボトムクォークやトップク

ォークの性質をさらに詳しく調べるため

の解析が精力的に進められ結果も出始め

ている（学術論文1-30)CDF Run-II検出

器の詳細については参考文献1を参照され

たい我々の研究室では本年度も検出器

各部の校正とデータ解析用の大容量ディ

スク装置の更なる整備を行い解析のため

の計算機能力増強が継続され主にヒッグス粒子やSUSY粒子探索を遂行している特に今

年度は中性ヒッグス粒子探索に於いて大きな進展があったのでここで紹介する 我々の研究室が担当しているヒッグス粒子の探索モードは 0 pp Wh WWW Xν νplusmn plusmnrarr rarr rarr (1)

というW ボゾン付随生成からのヒッグス粒子がWW へ崩壊し終状態に同符号の電荷を持つ

２つのレプトン(e または μ)が現れるというモードであるヒッグス粒子を除いた素粒子標

準模型ではこの「同符号電荷二重レプトン」という事象は非常に稀なため標準模型を越え

る素粒子探索には非常にシグナルノイズ比が良いという利点がある我々は2004年夏までに

蓄積された1935pbminus

1

図1CDFにおける積分ルミノシティ

1

cgt

のデータを用いて同符合電荷二重レプトンを持つ事象を選び出し様々

な吟味を加えた先ず種々の検出器からの応答からレプトンであるという同定を与えた後に

さらに２つのレプトンの横運動量 が p を満たすサンプルを集め

た結果得られた事象数は標準模型から得られる量と誤差の範囲で一致を見た特に図2

に示すようにヒッグス粒子に感度が高い領域(縦軸 が小さい方のレプトンの 横軸

２つのレプトン運動量のベクトル和の横成分)に於いて期待値095plusmn061(stat)plusmn018(s

yst)に対して検出数は0であったこのことから我々は

Tp 20 GeVTp cgt 6 GeVT

Tp Tp

0pp Whrarr の生成断面積と

の崩壊分岐比の積

0 h WWrarr0 0( ) (pp Wh Br h WWσ rarr sdot rarr ) に対する上限値を95の信頼度でハドロンコ

ライダーにおいて世界で始めて得ることに成功した(図3)(参考文献2) 論文は現在執筆中

である理論値に対してまだ２桁の開きがあるが現在さらに蓄積された1fbminus1のデータを解

29

析中であるまた図4は現在までにテバトロンで得られたヒッグス粒子探索全体の様子である

p0 20 40 60 80 100 120

0

10

20

30

40

50

60-11935 pbCDF Run II Preliminary

(GeVc)

eee

μμμμe

Expected 62plusmn 34

Region C

Expected 293plusmn 71Observed 30

Region B

Region A

Observed3

Expected 81plusmn 31Observed 12

Signal boxExpected 095plusmn 080Observed0

)2Higgs mass (GeVc

-11935 pbCDF Run II Preliminary

Cross section upper limit of WH signal

100 120 140 160 180 200100 120 140 160 180 20010

2

101

1

10

102

Observed 95 CL limit

SM higgs

Bosophilic higgs

図2最終的に得られた事象数に対する期待値との

比較

図3得られた断面積の上限値(95CL)と理論値と

の比較

10-2

10-1

1

10

110 120 130 140 150 160 170 180mH (GeV)

Tevatron Run II Preliminary

H WW() lνlνCDF 360 pb-1

H WW() lνlνD0 299-325 pb-1

SM gg H WW()

WH lνbbndash

CDF 319 pb-1

WH eνbbndash

D0 382 pb-1

SM WH Wbbndash

ZH ννndashbb

ndash

D0 261 pb-1

ZH ννndashbb

ndash

CDF 289 pb-1

SM ZH Zbbndash

WH WWWCDF 194 pb-1

WH WWWD0 363-384 pb-1

SM WH WWW

September 29 2005

図4現在までにTevatronで得られたヒッグス粒子探索の結果と理論予測

との比較 2 νμ―ντ振動実験（奥沢）

スイスジュネーブにある欧州共同利用原子核研究所(CERN)で行ったνμ―ντ振動実験の

解析を継続しているこの実験はニュートリノの質量の有無を調べることを主目的として

いる現在は原子核写乾板の画像解析もほぼ終了しているこの乾板中に記録された反応は

通常のν原子核反応としても扱えるのでこれを利用してチャームクォークの質量の精密計

測ν原子核反応前段面積の測定なども行っている（学術論文31-33）

30

図5シリコンマイクロストリップ飛跡検出器

Hダイバリオン及びペンタクォークの探索（山本） 高エネルギー加速器研究機構（つくば市）の陽子シンクロトロン施設においてK－ビームを

用いたΛΛ超重核探索実験(KEK-PS E373)のデータ解析作業を昨年度に引き続き進行中で

ある実験内容は昨年度の年次報告を参照されたい今年度はこれに加えて米国立ブルック

ヘブン研究所または現在茨城県東海村に建設中の文部科学省大強度陽子シンクロトロン施

設J-PARCで予定されている高統計の次期実験のためのシリコンマイクロストリップ飛跡検

出器の製作とテストを行った無事に実機の１号機(図5)は完成し宇宙線を使ったテストも

良好な結果を得ているまた同じく高エネルギ

ー加速器研究機構においてシンチレーティングフ

ァイバーブロック標的を用いたHダイバリオン共

鳴探索実験(KEK-PS E522)のデータ解析も続行

している（京都大学大阪大学東京理科大学

岐阜大学高エネルギー加速器研究機構との共同

研究）これはK－＋12CrarrΛ＋Λ＋K＋

3

＋X 反応を測

定しΛ＋Λ系の不変質量を再構成することによ

り(uuddss)の６クォーク状態と考えられているHダイバリオン共鳴状態を探索するものである以

前の実験でΛ＋Λ系の不変質量にピークらしいも

のが観測された(参考文献3)のを受けて高統計で

その真偽を確かめることを目的としている解析

は最終段階に入っておりプレリミナリな結果ではあるがやはり今回も理論で予測される

スペクトルよりも多少の超過が確認された(図6)この予想スペクトルに対する統計的優位性

は27σであるまたこの実験では同じセットアップを用いて π－＋prarrK－＋Θ＋rarrK－＋K＋＋n の反応を仮定してのペンタクォークΘ＋の探索も行われたΘ＋は( uudds )の５クォーク

状態として2003年に世界で始めて日本のSPring-8で発見され(参考文献4)その後ITEP(ロシ

ア)Jeffersonlab(米国)ELSA(ドイツ)等で追認され測定された質量は1530～1540MeVc

2である(参考文献567)しかしその多くがγ-核子反応からのものでハドロン反応での生

成はITEPでの泡箱写真解析による非常に少ない統計しかない状態であったので今回の

KEKでの実験となった入射π－の運動量は192GeVcであるデータ解析はp(π－K－)系でのmissing mass (喪失質量)を計算することで行いもし終状態に特定の粒子が出来ていれ

ばピークが立つはずである解析はほぼ終了しておりプレリミナリな結果として図7を得た

1530MeVc 2辺りにバンプが見られるバンプの中心値は1530 (stat) (syst)MeVc 2で

あるが統計的有意性は25σであり統計揺らぎの可能性も否定できないので今後のより

統計の高いデータが望まれる

+minus2219

+minus1913

Preliminary

図6ΛΛ不変質量分布 図7p(π－K－) 系の missing mass 分布

31

図8シンチレーティングファイバーブロック検出器で

得られたΣ＋p散乱の飛跡

4 ハイペロン－核子散乱断面積の測定（山本） これは山本が大学院時代から参加していた実験で今年度ようやくデータ解析が終了して

学術雑誌への発表も終わったのでその内容を紹介させて頂く核子－核子散乱データは今

日まで非常に多くの測定データが蓄積され

核子間相互作用の理解は非常に深まっている

がその反面同じバリオンであるΛΣ

Ξなどのハイペロンとの相互作用の研究は

その寿命の短さから来る実験データの少なさ

も相まって未だ発展途上にある言うまでも

ないがその先の目標はバリオン－バリオン

間相互作用の統一的理解であるそこで我々

は上記の3と同じ高エネルギー加速器研究機

構陽子シンクロトロン施設においてシンチ

レーティングファイバーブロック標的を用い

たΣ p 散乱断面積を求める実験を行い

(KEK-PS E289)そのデータ解析を行ってき

たΣ－p散乱に関しては既に発表済(参考文献

8)であるので今回はΣ＋p散乱の結果である

図8はシンチレーティングファイバーブロッ

ク標的で得られたΣ＋p散乱事象の例で実験

手法としては先ず167GeVc の入射π＋ビー

ムを使って得られた p(π＋K＋)Σ＋ 反応を探し出しそこでのΣ＋を今度は入射Σ＋ビーム

と見立てて陽子との散乱事象を測定するというものであるΣ＋の運動量が350MeVc ～750MeVc の範囲の断面積を求めたのもを図9に示す理論モデルとの比較においては

Nijmegenモデル(参考文献9)よりもRGMモデル(参考文献10)の方が近い結果を見せている

(学術論文34)

This work

(b)

This work

(a)f

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4u (cm) v (cm)

π+

K+

Σ+Σ+

pπ+

π+

K+

Σ+

Σ+

p

π+

図9Σ＋ｐrarrΣ＋ｐの弾性散乱断面積(a)Nijmegenモデルとの比較(b)RGMモデルとの比較 参考文献 1 DAcosta et al (CDF Collaboration) Phys Rev D 71 032001 (2005) 2 httpwww-cdffnalgovphysicsexoticr2a20041014lsdilep_whwww 3 J K Ahn et al (KEK-PS E224 Collaboration) Phys Lett B444 267 (1998) 4 T Nakano et al Phys Rev Lett 91 012002 (2003) 5 V V Barmin et al (DIANA Collaboration) PhysAtomNucl 66 1715 (2003) 6 V Kubarovsky et al (CLAS Collaboration) Phys Rev Lett 92 032001 (2004) 7 J Barth et al (SAPHIR Collaboration) Phys Lett B572 127 (2003) 8 Y Kondo et al (KEK-PS E289 Collaboration) Nucl Phys A676 371 (2000) 9 Th A Rijken V G J Stokes Y Yamamoto Phys Rev C 59 21 (1999) 10 Y Fujiwara K Miyagawa M Kohno Y Suzuki Phys Rev C 70 024001 (2004)

32

教育研究業績 学術論文 1 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Long-Lived Doubly-Charged

Higgs Bosons in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 071801 (2005)

2 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoFirst Evidence for 0sB φφrarr Decay and

Measurements of Branching Ration and A(CP) for B Kφ+ +rarr rdquo Phys Rev Lett 95 0 31801 (2005)

3 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Moments of the Hadronic Invariant Mass Distribution in Semileptonic B Decaysrdquo Phys Rev D 71 051103 (2005)

4 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Production Cross Section in

W W+ minus

pp Collisions at s = 196TeV using Dilepton Eventsrdquo Phys Rev Lett 94 211801 (2005)

5 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry from W eνrarr Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 051104 (2005)

6 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for ZZ and ZW Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 091105 (2005)

7 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the J ψ Meson and Hadron Production Cross Sections in

Bpp Collisions at s = 1960GeVrdquo Phys Rev D 71 032001

(2005)

8 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoAnalysis of Decay-Time Dependence of Angular Distributions in 0 SB J ψ φrarr and 0 d

0B J Kψrarr Decays and Measurement of the Lifetime Difference between Mass Eigenstatesrdquo Phys Rev Lett 94 101803 (2005) SB

9 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Cross Section for Prompt Diphoton Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 022003 (2005)

10 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Anomalous Kinematics in tt Dilepton Events at CDF IIrdquo Phys Rev Lett 95 022001 (2005)

11 K Hara T Okusawa K Yamamoto et al ldquoSensors for the CDF Run2B Silicon Detectorrdquo IEEE Trans Nucl Sci 51 1546-1554 (2004)

12 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurements of BB Azimuthal Production Correlations in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 092001 (2005)

13 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of the Boson Polarization in Top Decay at CDF at

Ws = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 031101 (2005) Erratum-ibid D 71 059901 (2005)

14 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry of Electron-Positron Pairs in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 052002 (2005)

15 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of Charged Particle Multiplicities in Gluon and Quark Jets in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev Lett 94 171802 (2005)

16 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Scalar Leptoquark Pairs Decaying to qqνν in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 112001 (2005) Erratum-ibid D 71 119901 (2005)

17 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Electroweak Single Top Quark Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 012005 (2005)

33

学位論文修士論文

1 半田　梓「Vibrating Wire法による 4He超流動乱流の生成機構」

博士論文

1 中川久司「エアロジェル中ｐ波超流動ヘリウム３」

研究助成金取得状況1 畑 徹受託研究岩谷瓦斯株式会社「熱音響発振器を使った冷凍機の開発」１００万円

2 畑 徹科学技術振興機構 先端計測分析技術機器開発事業「大気浮遊粒子用傾向Ｘ線

分析装置の開発」２００４年度分０円　(但し2004-2008年度全体では３７５０万円)

海外出張および海外研修1 石川修六イタリアトレント大学とフランスLPSENS2004年7月3~23日The International

Symposium of Quamtun Fluids and Solids QFS2004 およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004出席発表　および　研究打ち合わせ

2 矢野英雄the University of Trento Italy2004年7月3日~13日The International Symposiumon Quantum Fluids and Solids QFS-2004およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004　出席発表

3 畑　徹the University of Trento Italy2004年7月3日~13日The International Symposium onQuantum Fluids and Solids QFS-2004およびSuperfluids Under Rotation ndash 2004　出席発表

4 石川修六Chamrousse Grenoble France　2004年12月17-22日 ESF COSLAB NetworkConference 招待講演

5 石川修六英国ロンドン大学(Royal Holloway) 2005年3月22日~9月２５日薄膜超流動ヘリウムに関する研究

その他1 畑　徹　2004年度　低温工学協会関西支部長2 石川修六2004年度　東京大学物性研究所客員助教授

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光物性物理学唐沢　力 教授 謝　海燕 (D3) 大北健児 (M2) 上田祐士 (B4)

赤井一郎 助教授 岡田 明 (M1) 中村貴史 (B4)

鐘本勝一 助手 加藤 賢 (M1) 藤城明弘 (B4)

研究概要

1 層状結晶半導体中の高密度励起子の非線形光学応答 (大北赤井唐沢)

高密度励起子系において励起子間相互作用は励起子高密度相の物性を決定づけるそこで我々は励起子間に顕著な斥力相互作用を持つ層状結晶GaSe中の励起子系において励起子間相互作用の位相緩和への寄与に着目し縮退四光波混合(DFWM)スペクトルを調べたその結果DFWM信号の励起スペクトルに共鳴位置とその高低エネルギー両側に計 3つのピークを見出したこれらのピークのエネルギー間隔はGaSeの励起子系で顕著に観測される非弾性散乱過程によって交換されるエネルギーに相当するつまり励起子の非弾性散乱状態が関係する非線形光学過程がこの分裂したDFWM信号ピークを与えたものと考えた(StPetersburg 大学と共同研究)

2 高効率蛍光物質ヘキサキスピリジンチオラト銅結晶の光物性 (謝赤井唐沢)

ヘキサキスピリジンチオラト銅結晶 [Cu6(nL minusmpyt)6](nLは配位子の配置を示す)は高い発光効率とそのスペクトルが特異な温度依存性を示す特徴的な二つの緩和発光帯が銅クラスター内遷移と銅クラスターから配位子間の電荷移動型遷移によって現れること発光色の変化はこの二つの発光帯の熱活性過程による強度交替であることなどを明らかにしたまた時間分解発光スペクトルを調べ電荷移動型遷移発光帯が 2つの異なる減衰時定数をもった 2つの発光帯の重ね合わせとして観測されていることを明らかにしたこれらの励起子発光の温度依存性やダイナミクスは銅クラスター内遷移と電荷移動型遷移の 2つを考慮した配位座標モデルで説明できることを示した(物質分子系専攻分子設計学研究室と共同研究)

3 小型光捕集性デンドリマーの励起子ダイナミクス (赤井鐘本)

比較的低世代のデンドリマーにおいて光捕集性外周側鎖の光励起後の励起子の伝達ダイナミクスを調べたその結果これらの小型デンドリマーでは外周側鎖の光励起の後外周側鎖内部での振動緩和以前にコアへ励起子が伝達していることが明らかになったまたこれらの迅速な励起子のコアへの伝達を担う物理的機構はコアと光捕集性側鎖が結合する部分におけるそれらの電子励起子状態の波動関数の重なりによる短距離相互作用であると考えた(生体構造物性研究室ならびに信州大学繊維学部と共同研究)

4 デンドリマーにおけるエネルギー伝達の温度依存性 (岡田赤井鐘本)

光捕集性デンドリマーの光捕集アンテナは数多くの芳香環によって構成されておりそれらの芳香環が中心に位置するコア分子から外側に向かって枝分れしながら結合している形態をとるそのためこれらの光捕集アンテナ部分には多くの分子振動の自由度が存在し室温ではそれらの分子振動の自由度が比較的良く熱励起されていると考えられるこのような状況でも光捕集アンテナを光励起すると

7

極めて高い効率でコアへ励起子が伝達するのが光捕集性デンドリマーの特徴であるそこで励起子伝達ダイナミクスにおいて分子振動が担う役割を明らかにするためデンドリマーの励起子伝達ダイナミクスの温度依存性を調べたその結果試料を冷却して溶媒が凍結するとコアへの励起子伝達効率が著しく低下することが明らかになったこの顕著な温度依存性は室温で熱励起されている光捕集性アンテナ芳香環のねじれ振動が励起子の伝達に大きく寄与していることを意味する(生体構造物性研究室ならびに信州大学繊維学部と共同研究)

5 デンドリマーにおける励起子伝達の世代空間形態依存性 (加藤 赤井 鐘本)

光捕集性デンドリマーの光捕集アンテナを光励起すると高効率にコアへ励起子が伝達する特徴がありその伝達量子効率は光捕集アンテナの枝分れ世代数や空間形態に大きく依存することが知られているしかしそれらの励起子伝達の物理的機構は未だ系統的に理解されていないそこで光捕集アンテナが結合できる結合手を 4つ持ったコア分子に2sim4世代の枝分れ光捕集アンテナを3箇所に選択的に結合させた 34-m thデンドリマー (m = 2 sim 4光捕集アンテナの枝分れ世代数)の励起子伝達ダイナミクスを調べたその結果励起子のコアへの伝達量子効率が枝別れ世代数mの増加と共に若干低下する傾向が明らかになった(物質分子系専攻機能化学研究室と共同研究)

6 CdxMn1minusxTeCdyMg1minusyTe半導体量子井戸中のMn2+内遷移と励起子遷移 (赤井)

CdTe半導体にMnをドープするとCdサイトにMn2+が置換され共有性結合を形成するこのMn2+には d5電子が存在しMnを高密度にドープしたCdxMn1minusxTeとバリア層半導体CdyMg1minusyTe で量子井戸構造を形成するとCdxMn1minusxTeのバンド間を基礎とした励起子遷移と共存してそれぞれ特徴的な光学遷移を与える我々は原子数比で 40以上のMn2+をでドープした試料について量子井戸励起子とMn2+中 d5電子内遷移の発光を量子井戸厚を変化させた試料について系統的に調べたその結果特に数Kのネール温度以下の低温において高密度ドープした結果隣り合ったMn2+の d電子間の反強磁性相互作用が顕著になりそれを示す発光を見出した(StPetersburg 大学と共同研究)

7 Cu2O薄膜結晶の励起子スペクトル (赤井)

Cu2Oの最低励起子状態である para励起子は光学禁制で長い寿命を持ち高密度に集約させられる可能性を持つことから励起子系のボーズアインシュタイン凝縮が期待されている系であるそこで我々は空間的に励起子を閉じ込めやすいようにCu2O粉末を 2枚のMgO単結晶板で挟んでその間にCu2Oを溶解浸透させて作成したCu2O薄膜結晶を用意しその光学応答を調べたその結果吸収スペクトルでは黄色と緑色シリーズの励起子遷移が観測された一方発光スペクトルでは3本に分裂した ortho励起子発光とそれらのフォノンサイドバンド発光が観測されたこの分裂はMgOに挟むことによってCu2O薄膜結晶が歪みを受け分裂したものと考えた(大阪府立大学と共同研究)

8 自己形成CdTe量子点の励起子スペクトル (赤井)

ホットウォール法でZnTe上に自己形成させたCdTe量子点の光学応答とその温度変化を調べたその結果CdTe量子点に閉じ込められた励起子による発光と共に結晶成長時にCdTe量子点とバリア層ZnTeの間に形成されるCdTeぬれ層に束

8

縛された励起子の発光が観測されたまた試料作成時にCdTeの仕込み量が少ないCdTe量子点ではCdTe量子点の励起子発光が大きく高エネルギーシフトしZnTeのバンドギャップ近傍に現れたこの励起子発光の大きなブルーシフトはCdTeの仕込み量の少ない試料においてCdTeと ZnTeの混晶ぬれ層が形成されその結果CdxZn1minusxTe混晶半導体の量子点が形成されているためと考えた(山梨大学と共同研究)

9 π共役高分子のFETデバイスで誘起されるキャリアの研究 (鐘本)

近年π共役高分子を用いて電界効果トランジスタ (FET)特性が実現されることが報告されその応用に向けた研究が盛んになされているπ共役高分子として層構造を示すポリチオフェン誘導体ならびに大気中で安定なポリフルオレン誘導体に対して実際にトランジスタ動作を確認したそのデバイスに対してトランジスタ動作で誘起されるキャリアを吸収分光でとらえる実験を行い近赤外領域で特徴的な信号を観測したその信号は化学酸化で得られるキャリアに比べて低エネルギー領域に信号を有することが確認され高分子鎖間で広がった状態がキャリアとして働いていることが示唆された(University of Cambridgeとの共同研究)

10 長鎖チオフェンオリゴマーのポーラロンダイナミクス (鐘本)

π共役高分子はドープ状態で高い導電性を示しそのキャリアとして電子スピンを有するポーラロンが重要視されているそれら高分子のモデル化合物として長鎖オリゴマーを用いてESR特性を調べた特にそのESRスペクトルは高周波 (36 GHz)の実験において一般によく用いられるXバンド領域 (9 GHz)と線型及び線幅が顕著に異なるスペクトルを与えたこのことはポーラロンの運動の様子を異なる時間尺度で観測できたことを反映しており今後解析していくことでポーラロンダイナミクスについて詳細な情報が得られることが期待される(分子科学研究所との共同研究)

教育研究業績学術論文

1 H Xie I Kinoshita T Karasawa K Kimura T Nishioka I Akai K KanemotoldquoStructure Study and Luminescence Thermochromism in Hexanuclear 6-Methyl-2-Pyridinethiolato Copper(I) Crystalsrdquo

J Phys Chem B 109 pp9339-9345 (2005)

2 I Akai K Harai K Kouno T Karasawa ldquoPhotocalorimetric study on nonradiative relaxation processes and photolumines-cence quantum yields in Alq3 single crystalsrdquo

J Lumin 108 pp11ndash14 (2004)

3 H Xie M Tougezaka S Oishi I Kinoshita K Kanemoto I Akai T Karasawa ldquoLuminescence processes of hexanuclear methylpyridinethiolato-copper (I) crystalsrdquo

J Lumin 108 pp91ndash95 (2004)

4 V F Agekyan Yu A Stepanov I Akai T Karasava L E Vorobev D A FirsovA E Zhukov V M Ustinov A Zeilmeyer S Shmidt S Hanna E ZibikldquoLuminescence of Stepped Quantum Wells in GaAsGaAlAs and

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InGaAsGaAsGaAlAs StructuresrdquoSemiconductors 38 pp565ndash571 (2004)

5 A Ito H Ino Y Matsui Y Hirao K Tanaka K Kanemoto T Kato ldquoA Bindschedlerrsquos Green-Based Arylamine Its Polycations with High-Spin Multi-plicityrdquo

J Phys Chem A 108 pp5715ndash5720 (2004)

国際会議会議録

1 I Akai K Watanabe K Yamashita K Kanemoto T Karasawa H HashimotoldquoExciton Dynamics in CdTeZnTe Quantum Dots Grown by Hot-Wall Expitaxyrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

2 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M KimuraldquoRapid Energy Transfer in Light-Harvesting Small Dendrimersrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

学会研究会講演

1 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢 力橋本秀樹木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

I-19 pp73ndash76 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

2 岡田 明赤井 一郎鐘本 勝一唐沢 力橋本 秀樹木村 睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

I-21 pp81ndash83 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

3 大北 健児丹治 淳鐘本 勝一赤井 一郎唐沢 力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

II-24 pp93ndash96 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

4 謝 海燕峠坂雅美加藤 賢木下 勇鐘本勝一赤井一郎唐沢 力「ヘキサキスピリジンチオラト銅 (I)錯体結晶の発光特性 (II)」

III-66 pp261ndash264 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

5 赤井一郎 岡田明 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

12pXD-12 第 4分冊 pp643日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

6 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

13pPSA-21 第 4分冊 pp660日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

7 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学応答スペクトル II」

24aPS-44 第 4分冊 pp668日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

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8 岡田明 赤井一郎 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

24aPS-98 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

9 加藤賢赤井一郎鐘本勝一唐沢力大橋正和篠田哲史築部浩「光捕集性 3世代 34デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクス」

24aPS-99 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

その他

1 唐沢　力 　物理学教室談話会（新入生歓迎）　　　　　　　　　「私たちの行っている研究」　

2 唐沢　力　高大連携活動　市大授業　（2004年 5月 1日）　　　　　　　　　「大学で学ぶ物理 - 物理の面白さと必然性」

学位論文修士論文

1 大北健児 「 半導体GaSe結晶における高密度励起子の縮退四光波混合スペクトル」ldquoSpectra of High-Density Excitons in Semiconductor GaSe Crystal by Degenerate-Four-Wave Mixing Methodrdquo

博士論文

1 謝 海燕「 銅 (I)-クラスターを中心とする新規複合錯体化合物結晶の光励起状態とその緩和過程」ldquoPhoto-Excited States and Thier Relaxation Processes of Novel Cu(I)-Cluster-DominatedCoordination Compound Crystalsrdquo

研究助成金取得状況

1 唐沢 力 (代表者) 赤井一郎 鐘本勝一 飯田 武 鈴木正人文部省科学研究費補助金 基盤研究 (B-2) (課題番号14340095)(H14 6200千円 H15 4500千円 H16 1200千円)「半導体中に光学的に生成された量子凝縮相のダイナミックス」

海外出張および海外研修

1 鐘本勝一 「有機高分子を用いた最先端デバイス技術の習得及びその動作機構の解明」

Cavendish Laboratory Cambridge University UK Mar 2004 - Mar 2005

2 赤井一郎 6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter

(EXCONrsquo04) Cracow Poland 6-9 July 2004

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生体構造物性研究室

橋本 秀樹 教授 丸山 稔 講師 杉﨑 満 講師

佐島 徳武 (PD) 藤井 律子 (PD) 柳 和宏 (D3学振PD)

西尾 友宏 (M2) 清水 麻登香 (M2) 和泉 拓朗 (M1) 楠本 利行 (M1) 下中 奨三 (M1) 藤原 正澄 (M1) 鈴木 聡 (B4) 重信 明孝 (B4) 若竹 伸幸 (B4)

研究概要

1 サブ10フェムト秒時間分解分光計測システムの構築とフェムト秒時間領域分光（杉﨑佐島橋本） 光合成反応系は生命の40億年とも言われる歴史に基づく自然選択の摂理により改良されてきた天然のエネルギー変換システムであるこの反応系は人類がこれまで構築し

た如何なるシステムよりも遥に速い変換速度（lt 100フェムト秒）で高効率のエネルギー変換（～100）を行うと考えられているそのため光合成反応系の初期過程のメカニズムを明らかにすることは基礎物理的にも応用的にも非常に重要である近年レーザ

ー技術の進歩により市販のレーザーを用いることで100フェムト秒程度の超短パルスを比較的簡単に手に入れることが可能となったしかし光合成系の初期過程を明らかに

するためにはそれよりも更に一桁以上時間分解能の良い光源の開発が必要不可欠となる

そのため我々の研究室ではチタンサファイア再生増幅器からのレーザー光を2つに分け一方を自己位相変調により白色光もう一方をBBO結晶を用いて第二高調波を発生させこれらの光の非同軸光パラメトリック増幅を行うシステムを構築した 今年度はフェムト秒再生増幅装置を励起光源とする非同軸光パラメトリック増幅器

（NOPA）2台の性能最適化を行った我々の持つ全てのノウハウを傾注しプリズム対およびチャープ鏡対を併用したパルス圧縮を行うことにより可視波長域（500sim750 nm）において最短6フェムト秒のパルス幅を持つ「本当の」フェムト秒光パルスの安定発生を達成した同レーザー光を用いてポンププローブ時間分解吸収分光縮退４光波混合計

測システムを構築した本レーザー装置の出力スペクトルに合致する吸収帯を持つ試料と

して極性カロテノイドアナログ及び共役二重結合数15を持つマクロカロテン分子についての時間領域分光計測を行ったいずれの試料においても過渡吸収変化にimpulsive stimulated Raman processに由来するコヒーレント振動が重畳した信号が観測された比較的干満な時間変化を示す極性カロテノイドアナログの場合は適当な窓関数を設定して

フーリエ変換を行うことによりコヒーレントフォノンモードの周波数及び強度の時間変

化が観測できた励起状態の位相緩和時間に対応すると考えられるコヒーレントフォノン

モードの減衰の時定数としてsim1 psが得られたこの値は観測している励起状態の寿命（sim2 ps）の半分程度の値を示している超高速な緩和を示すマクロカロテン分子においても同様なコヒレーントフォノン信号の時間変化が観測されたしかしながら本試料の場合

は時間領域に現れるコヒーレント振動が時間と共に変化する大変興味深い様相が確認さ

れたフーリエ変換を用いた従来どおりの解析はコヒーレント振動の時間変化が無い場

合に限り適応可能である上述の観測結果は単純なフーリエ解析の限界を打破する新た

な解析手法の創出が必須である事を示唆しているマクロカロテン分子に関してはポン

ププローブ分光の他４光波混合を用いた予備的な実験も行った

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2 光合成光反応中心複合体におけるカロテノイドの構造安定化（橋本）

光合成系における機能発現には複数の光合成色素（カロテノイド及びクロロフィル）

がアポタンパク質により形成される反応場の中で空間的に規則正しく配列した色素蛋白

超分子複合体構造が密接に関係している特に光捕集光保護構造安定にはカロテノ

イド色素が重要な役割を果たしているこれまでに紅色光合成細菌Rhodobacter (Rb) sphaeroidesを中心に光保護作用に関する研究が数多くなされてきたこれはRb sphaeroidesがX線構造解析により蛋白の構造が解明されていることまたカロテノイド欠損株R-261と所望のカロテノイドを用いることにより人工の光反応中心を再構成できることなど興味深い研究の場を与えてくれることに起因するしかしながら光反応中

心に再構成されたカロテノイドが天然の物と同じ位置に取り込まれるかという最も基本

的かつ本質的な問題についてはこれまで明らかにされていなかった英国グラスゴー大

学及び米国コネチカット大学との共同研究によりRb sphaeroides R261の光反応中心にspheroideneや34-dihydrospheroideneを再構成した試料について高分解能X線構造解析を行ったその結果カロテノイドのバインディングサイトを明らかにすると共にフェニル

アラニンM162が門番の役目となりカロテノイドが一方向からのみ光反応中心に取り込まれていくという興味深い結果を得た更にトリプトファンM75が鍵の役目となりカロテノイドと水素結合することにより構造の安定化がなされていることを明らかにした

得られた結果を学術雑誌（Structure）にて公表した

3 アナログカロテノイドを再構築した光反応中心複合体の電場変調吸収分光（柳西尾清水橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と系外から有機合成により調製したアナログカロテノイドを再構築した人工のRCの電場変調吸収分光測定（室温及び低温）を行ったカロテノイド分子の有無により周囲に存在するバクテリオクロロフィル分子周辺の静電環境にどのような差異が生じる

のかを初めて定量化した室温（生理温度）で測定した場合カロテノイド分子から16 Aring離れて存在するスペシャルペアバクテリオクロロフィル分子の周辺の静電場にカロテノ

イド分子の有無により10 程度もの差異が生じることを明らかにした得られた成果を学術雑誌（J Phys Chem B）にて公表した

4 アナログカロテノイドを天然のアポ蛋白質に再構築した人工の光合成光反応中心複合体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本西尾橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と有機合成により調製した一連の共役鎖長を持つアナログカロテノイドを再構築した人工のRCのナノ秒時間分解吸収スペクトル測定を行った得られた吸収スペクトルデータのセットに対して特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを適用するこ

とにより極微弱な吸収スペクトル変化を精度良く検出することに成功した再構成RCに関する従来の研究では共役二重結合数（N）が9より少ないカロテノイドを再構築した場合光保護作用の発現のために必須のカロテノイドの三重項状態の生成が全く検出さ

れなかったが今回の我々の実験によりN=8およびN=9のカロテノイドを再構築したRCおいてもカロテノイドのT1 rarr Tn吸収スペクトルが観測できたこの結果はカロテノイ

ドの光保護作用の発現機構に関して従来概念を覆す画期的な成果であると考えられる 5 光合成膜中でのアンテナ色素蛋白複合体の超分子配置のその場観察（下中清水藤井橋本） 光合成細菌の光合成系は二種類のアンテナ色素蛋白複合体（LH1及びLH2）と光反応

中心（RC）の3つの色素蛋白複合体が有機的に結合した超分子配置を形成することにより生理機能を発現している平坦な光合成膜を持つ紅色光合成細菌Blc viridisから調製した

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光合成膜試料に焦点を絞り画像計測の物差しを作成することを目的として研究を行った

Blc viridisにはアンテナ複合体としてLH1複合体のみしか存在しないことが知られている透過型電子顕微鏡（TEM）を用いた観測によりLH1複合体の直径10 nmに対応する環状の構造体が細密充填構造を取り配列している画像を取得した得られた画像をフーリエ変

換することにより三角格子構造を示唆する良好な回折パターンを得た回折点以外の余

分な成分を除去し逆フーリエ変換を行うことによりRC-LH1コア複合体の良好な画像を得ることに成功したこの画像データに対して統計処理を行ったところ環状構造体

の直径は98 plusmn 04 nm で分布しておりその中心にRCに対応する構造が観測されることからこの環状構造体がLH1複合体に帰属できることが明確となったまた各LH1リングは細密充填構造を取り配列しているが再隣接距離は約2 nm程度離れていることが明らかになった 単離生成したRC-LH1コア複合体をリン脂質二重層膜（Egg-PC）に再構築する方法を

確立したTEMを用いた観察（フーリエ解析）により再構成直後の人工光合成膜ではコア複合体は細密充填構造を取らず比較的ランダムに配列していた同試料の温度を上

下することで細密充填構造へ導けることが明らかになったこの結果はコア複合体の超

分子配列が制御可能であることを示唆しているコア複合体を再構築した人工光合成膜に

さらに他の種類の光合成細菌由来のLH2複合体を再構築した「本当の」人工光合成膜を作成すべく条件出し及びTEMによるその場観察を行っている

6 極性カロテノイドの同族体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本佐島橋本）

all-trans-レチナールと13-インダンジオンを縮合した2-all-trans-レチニリンデン-13-インダンジオン（RetInd）のTHF溶液に対して三重項増感励起によるナノ秒時間分解吸収分光測定を行った特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを用いたデータ解

析を行うことによりジカチオン状態に帰属できる過渡吸収バンドが特定できたカロテ

ノイド類ではTHFのような溶媒系（非重溶媒）でのラジカル生成は報告されておらずしかも三重項増感励起の際に見つかったこの特異な現象はカロテノイド（共役ポリエン

系）の電子構造を探索する上で重要な知見を与えていることが期待される

7 LH1アンテナ複合体の再構築とその電場変調吸収分光（鈴木藤井柳橋本） 紅色光合成細菌Rhodospirillum rubrumから共役二重結合鎖n = 13のカロテノイド（all-trans-spirilloxanthin）を単離精製した単離したカロテノイドをTriton X-100ミセル中でカロテノイドを除去したB880色素蛋白複合体の単量体サブユニットと再会合することによりRs rubrum LH1複合体を人為的に再構築した吸収スペクトル蛍光励起スペクトルおよび電場変調吸収スペクトルを測定することで再構成体と天然由来のLH1複合体についての比較検討を行ったLH1 complex再構成体はB880吸収帯が3 nm短波長シフトしている点とカロテノイド部分の振動構造がより明瞭になっている点を除けば天然体

と基本的に同様な吸収スペクトルを与えた蛍光励起スペクトルの測定によりカロテノ

イドからバクテリオクロロフィルへの励起エネルギー移動効率を決定したところ天然

LH1では35であったのに対し再構成LH1はこれより有意に高い40の効率を与えた電場変調吸収分光測定によってLH1複合体中のカロテノイド及びバクテリオクロロフィル分子の非線形光学パラメータ（光誘起分極率変化∆α光誘起双極子モーメント変化∆micro）を決定したところバクテリオクロロフィル分子では天然体と再構成体とで同様の値を与

えるのに対してカロテノイド分子では大きな差異が検出されたこの結果は再構成LH1複合体中のカロテノイド分子周辺の静電的環境が天然 LH1の場合とは明らかに異なっていることを示している電場変調吸収分光法は再構成体の構造に関して有意な情報を与

える分光学的手法であることが明らかになった 8 非線形光学材料の性能向上を目指した計測と評価（藤原丸山橋本）

大出力テラヘルツ電磁波（THz波）発生を実現するための有機非線形光学材料の性能評

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価について種々の分光計測法を適用することにより多角的に検討を行った具体的な測

定対象となる有機非線形材料としては既に良好なTHz波発生が確認できている2-メチル-4-ニトロアニリン（MNA）誘導体について検討した 様々な置換基を有するN置換MNA誘導体の大量合成を行ったブリッジマン炉を用いた

融液からの結晶成長とゾーン精製による純化を行いこれらMNA誘導体からの良質な単結晶の作成を目指して勢力的に研究を展開した特に単結晶試料の透明性を追求し種々

の条件だしを行った得られた結晶の面方位はX線ラウエ法により評価した 結晶の2次非線形光学定数（dテンソル）の測定を行うための装置を作成して稼働し各

MNA誘導体結晶のdテンソル成分の相対値を決定したdテンソルの決定には第二高調波発生法を採用しその励起光源としてはNdYAGレーザーの基本波（1064 nm）を用いた結晶試料は回転ステージ上に固定し励起光の偏光（p偏光およびs偏光）に対して任意角度に回転角を設定できるようにした原理的に全部で27個あるdテンソル成分に関して結晶構造および結晶内における分子配置を考慮することにより測定結果をシミュレーシ

ョンするコンピュータプログラムの開発も平行して行った 以上の研究を通じて1）光学的に良質で大型のBNA単結晶の成長に成功した2）dテンソルの成分比を実験的に検証しdZZZ成分の異常な増大を観測した3）dZZZの異常な増

大は超分子クラスターを考えることで定性的に説明可能であることを明らかにした4）結晶中の水素結合によって形成されるネットワークがdテンソルに大きく影響を与える事を明らかにした目標である良質で大きな有機非線形光学結晶の開発と二次非線形感受

率テンソルの決定等の結晶面方位に即した物性評価をすることができ当初の計画を十分

満足する研究成果が得られた 9 氷六角板結晶の成長と融解の間に生じる非対称なパターン形成（丸山）

結晶にはミクロな構造的異方性があるために特定の方位の結晶面のみがマクロな結晶

外形を構成するすなわち成長形は成長速度の遅い方位の平面によって融解形は融解

速度の速い面によって囲まれるという法則がある両者は違った形になることが予測さ

れるがその関係をきちんと調べた例はほとんどないそこで氷と水の圧力下共存系を

対象にして系の温度を下げながら氷を成長させ温度を上げながら氷を融解させた得

られた成長形はプリズム面と基底面で囲まれた六角板状であるのに対して融解形は六角

形の角から優先的に解け出して定常状態では逆六角形を示したすなわち成長形が30度回転した相似形になったただしこれら六面はわずかに曲がったラフ方位の曲面である

従来融解形は角ばった先端から解け始め丸い定常形に落ち着くものと考えられていた

界面での成長融解の素過程を考慮した数理モデルを作ってこの非対称変化を定性的に

説明した 教育研究業績 学術論文 1 K Yanagi H Hashimoto AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the LH2

complex from Rhodobacter sphaeroides G1C frequency and temperature dependencerdquo J Phys Chem B 108 10334-10339 (2004)

2 H Hashimoto K Yanagi M Yoshizawa D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoThe Very Early Events Following Photoexcitation of Carotenoidsrdquo Arch Biochem Biophys 430 61-69 (2004)

3 H Hashimoto T Sashima K Yanagi and M Yoshizawa ldquoUltrafast Relaxation Processes of Photosynthetic Carotenoidsrdquo Rev Laser Engineer 32 701-710 (2004)

4 RJ Cogdell H Hashimoto and AT Gardiner ldquoPurple Bacterial Light-Harvesting Complexes

15

From Dreams to Structuresrdquo Photosynth Res 80 173-179 (2004) 5 W Wohlleben T Buckup H Hashimoto RJ Cogdell JL Herek and M Motzkus

ldquoPump-deplete-probe spectroscopy and the puzzle of carotenoid dark statesrdquo J Phys Chem B 108 3320-3325 (2004)

6 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of the inhomogeneous band-broadening on the nonlinear optical properties of hydrazonesrdquo Phys Rev B69 205103 (2004)

7 AW Roszak K McKendrick AT Gardiner IA Mitchell NW Isaacs RJ Cogdell H Hashimoto and HA Frank ldquoProtein Regulation of Carotenoid Binding Gatekeeper and Locking Amino Acid Residues in Reaction Centers of Rhodobacter sphaeroidesrdquo Structure 12 (2004) 765-773

8 T Nakajima H Nagasawa M Maruyama T Komatsu J Nelson ldquoMacroscopic crystallization of nanocrystals into supercrystalsrdquo Jpn J Appl Phys 43 1102-1103 (2004)

9 D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri K Yanagi H Hashimoto RJ Cogdell ldquoConjugation length dependence of internal conversion in carotenoids Role of the intermediate staterdquo Phys Rev Lett 93 163002 (2004)

10 D Kosumi H Hashimoto and M Yoshizawa ldquoPump Wavelength Dependence of Ultrafast Relaxation Kinetics in β-Carotenerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 29-31

11 RJ Cogdell H Hashimoto K Yanagi D Polli G Cerullo G Lanzani and S de Silvestri ldquoExcited Singlet States of Carotenoids and Their Involvement in Photosynthetic Light-Harvestingrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 60

12 S Hirota H Inoue A Teteishi H Hashimoto Y Tomita M Murakoshi T Nigo K Sekimoto J Yokoyama and H Funayama ldquoAssessment of Conjunctival Impression Cytology (CIC) Method of Beta-carotene and Canthaxanthin Fed Vitamin A Deficient Ratsrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 43-45

13 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of carotenoid on electrostatic environment around the bacteriochlorophyll special pair in the reaction center of the urple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 26-28

14 T Sashima I Matsuda K Misawa S Koshiara and H Hashimoto ldquoThe Control of Photoisomerization of All-Trans Retinal by Using Chirped Femtosecond Laser-Pulsesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 24-25

15 M Sugisaki T Sashima K Yanagi A Sugita and H Hashimoto ldquoStationary and Transient Optical Absorption Measurements in Polar Retinoid Analoguerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 20-23

16 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell H Hashimoto ldquoElectroabsorption spectroscopy of β-carotene homologs Anomalous enhancement of ∆micrordquo Phys Rev B71 195118 (2005)

17 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto JP Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8-13 conjugated double bonds as determined by electronic absorption spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 410 108-114 (2005)

18 D Kosumi K Yanagi T Nishio H Hashimoto M Yoshizawa ldquoExcitation energy dependence of excited states dynamics in all-trans-carotenes determined by femtosecond absorption and fluorescence spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 408 89-95 (2005)

19 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M Kimura ldquoRapid energy transfer in light-harvesting small dendrimersrdquo J Lumin 112 449-453 (2005)

20 K Kanemoto M Shishido T Sudo I Akai H Hashimoto T Karasawa ldquoConcentration-dependence of photoluminescence properties in polythiophene diluted in an inactive polymer matrixrdquo Chem Phys Lett 402 549-553 (2005)

21 K Yanagi M Shimizu H Hashimoto AT Gardiner AW Roszak RJ Cogdell ldquoLocal electrostatic field induced by the carotenoid bound to the reaction center of the purple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo J Phys Chem B 109 992-998 (2005)

22 M Maruyama ldquoRoughening transition of prism faces of ice crystals grown from melt under pressurerdquo J Crystal Growth 275 598-605 (2005)

国際会議会議録

16

1 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

2 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 363-367

3 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

国際会議講演 1 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and

reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

2 RJ Cogdell AT Gardiner S Prince TD Howard M Papiz H Hahsimoto K Yanagi HA Frank AW Roszak and NW Isaacs ldquoThe organisation of carotenoids in purple bacterial antenna complexes and reaction centres analysis of structure and functionrdquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

3 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

4 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

5 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

6 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoMolecular Architecture of Native and Reconstituted Pigment Protein Complexes of Purple Photosynthetic Bacteriardquo Open Workshop on Molecular Modified Electrodes for Clean Energy Conversion (2004 October 1) Panasonic Center Ariake Tokyo Japan

7 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on Materials Science and Nano-Engineering (2004 December 11-14) Osaka Univ Suita Osaka Japan

8 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto HA Frank RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet States of Carotenoids Having Shorter Conjugation Lengths Reconstituted into the Reaction Centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 Detected by Time-Resolved Absorption Spectroscopyrdquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

9 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner AW Roszak and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

10 H Hashimoto R Fujii K Yanagi A T Gardiner A W Roszak N W Issacs H A Frank and R J Cogdell ldquoStructures and functions of carotenoids bound to reaction centers from purple photosynthetic bacteriardquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17

11 R L Christensen H A Frank M Grace I Galinato E F Chu R Fujii and H Hashimoto ldquoThe optical spectroscopy of cis and trans polymers models for cis and trans carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

12 K Nakagawa R Fujii K Yanagi S Suzuki A T Gardiner R J Cogdell H Hashimoto and M Nango ldquoProbing the carotenoid in its biding site in a reconstituted light-harvesting complex 1 from the photosynthetic bacterium rhodospirillum rubrum with electroabsorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

13 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto and J-P Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8sim13 conjugated double bonds as determined by electro absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

14 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoExcitation energy dependence of relaxation kinetics and nonlinear optical responses in all-trans-carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

15 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto H A Frank R J Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet states of carotenoids having shorter conjugation lengths reconstituted into the reaction centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 detected by time-resolved absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

16 M Sugisaki K Yanagi R J Cogdell and H Hashimoto ldquoUltrafast coherent otical response in a β-carotene homologuerdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17 P Molnaacuter H Hashimoto G Toacuteth ldquoComparison of optical absorption- Raman- and FT-IR-spectroscopic data of several natural and semisynthetic (all-E)-carotenoisrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

18 R Nakamura P Wang R Fujii Y Koyama H Hashimoto and Y Kanematsu ldquoVibrational relaxation pathways in the electronic excited state of carotenoidrdquo 15th International Conference on Dynamical Processes in Exited States of Solids (2005 August 1-5) Shanghai China

19 H Hashimoto K Yanagi A T Gardiner A W Roszak and R J Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 6th International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors in Photosynthetic Organisms (2005 September 11-16) Lucerne Switzerland

学会研究会講演 1 赤井一郎中尾浩士鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「デンドリマー構造をもつ巨大分子の光励起ダイナミクスII」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

2 柳和宏AT GardinerRJ Cogdell橋本秀樹「光合成光反応中心複合体の電場変調吸収分光」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

3 佐島徳武楠本利行橋本秀樹「極性カロテノイド類のナノ秒時間分解吸収分光」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

4 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

5 小澄大輔橋本秀樹柳和宏小向牧人吉澤雅幸「フェムト秒分光を用いたカロテノイドのダイナミクスにおける励起光波長依存性」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

6 杉崎満佐島徳武杉田篤史橋本秀樹「極性カロテノイド類のフェムト秒分光 II」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

7 藤原正澄柳和宏丸山稔杉崎満黒柳和良高橋宏典青島紳一郎土屋裕橋本秀樹「N-benzyl MNA単結晶の二次非線型光学特性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

18

8 杉崎満柳和宏橋本秀樹「β-カロテンホモログ体における超高速光学応答」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

9 柳和宏杉崎満橋本秀樹「βカロテンホモログ体における電場変調吸収分光(II) 」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

10 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

11 小澄大輔小向牧人橋本秀樹吉澤雅幸「3準位電子系の超高速光学応答II波長可変励起光によるβ-カロテンの光誘起過渡吸収」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

12 丸山稔増田詩人「ファセット形成過程とラフ方位の曲率発展」第34回結晶成長国内会議 2004年8月25-27日 東京農工大学

13 Q WangY HanX WenP Hu廣田才之橋本秀樹「マウス免疫機能におけるカロテノイド類の効果」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

14 井上弘明本多由美子関本邦敏横山次郎上野隆嗣富田純史長田祥二橋本秀樹村越倫明廣田才之「ビタミンA欠乏系ラットに投与したカロフィルレッドカロフィルピンクの代謝の影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

15 吉澤雅幸小澄大輔小向牧人柳和宏橋本秀樹「共鳴および非共鳴励起によるβ-カロテンの初期緩和過程および超高速光学応答の研究」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

16 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「共役長が異なるカロテノイド類の超高速光学応答」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

17 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「短い共役鎖をもつカロテノイドの光保護作用－光反応中心複合体における三重項状態の検

出」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館 18 柳和宏橋本秀樹「βカロテンホモログ体の吸収スペクトルにあたえるexchange narrowingの影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

19 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「ポリエン共役長が異なるカロテノイド類の時間分解発光分光」日本物理学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス

20 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「光合成光反応中心複合体に再構築したカロテノイドへの三重項エネルギー移動」日本物理

学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス 21 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性Ⅱ」

22 A Cahoon M Maruyama and JS Wettlaufer ldquoGrowth-Melt Asymmetry in Icerdquo APS March Meeting March 21-25 2005 Los Angeles

解説 1 杉﨑 満ldquo測定法(8) ⎯顕微分光rdquo Optronics 11月号 (2004) pp180-188 2 橋本秀樹藤井律子杉﨑 満ldquo物質現象新技術(5) 有機バイオ-光合成アンテナ色素蛋白複合体カロテノイド超高速レーザー分光rdquo Optronics 5月号 (2005) pp159-169

その他 1 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント

19

制御」 2004年4月30日 立命館大学にて講演 2 橋本 秀樹「紅色光合成細菌の光反応中心及びコア複合体の構造」 2004年6月26日 「光合成細菌の色素系と反応中心に関するセミナーXII」（京都大学）にて講演

3 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント制御」 2004年7月23日 高エネルギー加速器研究機構にて講演

研究助成金取得状況 1 橋本 秀樹文部科学省萌芽研究「原子間力顕微鏡を用いた光合成アンテナ色素複合体超分子配置のイメージング」500万円

2 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(2)「人工光合成色素蛋白超分子複合体の動作機構の解明」1500万円

3 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(1)「カロテノイド励起状態中の振動緩和と光合成系におけるエネルギー伝達の研究」1500万円

4 橋本 秀樹NEDO国際共同研究プロジェクト「人工光合成アンテナとナノデバイス開発光合成アンテナ複合体の機能とナノデバイス開発のためのアンテナ複合体の組織化」

1500万円 5 橋本 秀樹科学技術振興機構さきがけ研究「光合成系の人為操作及び光反応制御」8000万円

6 橋本秀樹科学技術振興機構戦略的国際科学技術協力推進事業（日英協力）ナノ空間に配列させた光合成色素蛋白超分子複合体間における超高速励起エネルギー移動過程の

実時間動画撮影技術の確立」3000万円 7 杉﨑 満学術振興会若手研究(B)「光合成色素蛋白超分子複合体の単一分子超高速レーザー分光」50万円

8 杉﨑 満島津科学技術振興財団研究開発助成「青色極超短パルス光発生装置を用いた光合成コヒーレントプロセスの解明」80万円

海外出張および海外研修 1 橋本秀樹米国（Ventura Beach Marriottホテル）2004年1月3日～1月11日2004年度Gordon

Research Conference on Carotenoids への出席及び会議進行 2 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年6月5日～6月13日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

3 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年11月23日～12月3日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

4 橋本秀樹米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で集中講義コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

5 藤井律子米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で講義補助コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

その他 1 橋本秀樹日本物理学会 2003年度JPSJ編集委員 2 橋本秀樹日本カロテノイド研究会幹事役員Carotenoid Science編集委員長 3 橋本秀樹国際カロテノイド学会Council Member

20

素励 物理学研究室

坪田　誠　 教授

木　正人 講師

笠松　健一(PD)

R Hanninen(PD)

金本　理奈(PD)

西岡　圭太(D3)

小林未知数(D2)

三 　　 (D1)

星原　庸平(M1)

神野　大典(M1)

研究概要1 量子乱流のエネルギースペクトル（坪田小林）

　 年 流動乱流（量子乱流）と古典乱流の対応が注目されているボース凝縮の巨

視的波動関数が従うGross-Pitaevskii方程式の三次元数値 析を行い量子乱流が古

典乱流のもっとも代表的な統 則であるコルモゴロフ則を満たすことを示した 算は

全てフーリエ空間で行い大スケールの励 と小スケールの散逸を導入することで定

常乱流を作ったこれは古典乱流と同様のカスケード過程が量子乱流での存在すること

を示した初めての研究であるこの業績は読売新聞日経産業新聞で報道された

2 二成分ボース凝縮体のダイナミクスとテクスチャー（坪田笠松）

　前年度に引き続き二成分ボースアインシュタイン凝縮体に関する理論的研究を行い

２つの凝縮体の位相が結合した場合（内 ジョセフソン効果に相当）渦分子の形成を示

したまたスピンテクスチャーに関する研究を行った

3 交流 流動流れ場中の量子渦の運動（坪田Hanninen三 ）

　　　現在世界的に関心が持たれている振動細線によって作られる 流動乱流実験に関連

して簡単なピニングモデルによる交流流れ場中の量子渦の運動を調べた交流流れ

場の振動数に共鳴してケルビン波が励 され流れ場の強さを増すと多数の渦の再結

合および生成が こり実験結果と定性的に符合する結果を得た

4 回転下ボソン-フェルミオン混合状態（坪田金本）

　回転下の中性原子気体のボソン-フェルミオン混合状態の基底状態の研究を行い原

子間相互作用と回転振動数に応じてフェルミオンが様々な状態変化を行うことを明ら

かにしたこれらは量子ドット量子ホール効果に特徴的な状態を含みこれらの系

との興味深い対応を明らかにしている

5 ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体（坪田小林）

　バイコールグラスなどのナノスケールの多孔体に閉じ込められたヘリウム４を加圧し

た時に 流動- 流動の量子相転移が慶応大学のグループによって観測されたこ

の実験に関連して閉じ込めポテンシャル中の強相関ボース流体の研究を行いボース

凝縮体の局在に関する判定基準を新たに導入することで実験結果と定量的に良い一致

を得た

21

教育研究業績

学術論文

1 KKasamatsu MTsubota M Ueda ldquoVortex molecules in coherently coupled two-componentBose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev Lett 93 250406(1-4) (2004)

2 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of superfluid turbulence Numerical analysis of the Gross-Pitaevskii equation with a small-scale dissipationrdquo Phys Rev Lett 94 065302(1-4)(2005)

3 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoSymmetry breaking and enhanced condensate fraction in a matter-wave bright solitonrdquo Phys Rev Lett 94 090404(1-4)(2005)

4 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoSpin textures in rotating two-component Bose-Einsteincondensatesrdquo Phys Rev A71 043611(1-14)(2005)

5 K Kasamatsu M Machida N Sasa MTsubota ldquoThree-dimensional dynamics of vortex-latticeformation in Bose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev A71 063616(1-5) (2005)

6 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoVortices in Multicomponent Bose-Einstein CondensatesrdquoInt J Mod Phys B19 pp 1835-1904(2005) (Invited review article )

7 KKasamatsu MTsubota ldquoModulation Instability and Pattern Formation in Two-componentBose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 669-674(2005)

8 M Kobayashi MTsubota ldquoBose-Einstein Condensation and Superfluidity of Strongly Cor

related Bose Fluid in a Random Potentialrdquo J Low Temp Phys 138 pp189-194(2005)9 MTsubota K Kasamatsu ldquoDynamics of Quantized Vortices in Superfluid Helium and Rotating

Bose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 471-480(2005)10　R Hanninen A Mitani MTsubota ldquoSuperfluid 3He-B Vortex Simulations inside a Rotating

Cylinderrdquo J Low Temp Phys 138 pp 589-594(2005)11 R Kanamoto H Saito MTsubota M Ueda ldquoMany-Body Analysis of the Hess-Fairbank Effect

in One-Dimensional Bose-Einstein condensates with attractive interactions rdquo J Low TempPhys 138 pp 681-686(2005)

12 M Tsubota M Kobayashi ldquoKolmogorov spectrum of the Gross-Pitaevskii turbulencerdquo JPhysics and Chemistry of Solids 66 pp 1498-1500(2005)

13 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of quantum turbulence J Phys Soc Jpn 74pp 3248-3258 (2005)

14 K Nishioka M Suzuki ldquoDynamics of unidirectional exciton migration to the molecularperiphery in a photoexcited compact dendrimerrdquo J Chem Phys 122 024708(2005)

国際会議講演

1 MTsubotaldquoQuantized vortices in superfluid helium and Bose-Einstein condensates (Invited) The Third 21COE Symposium Astrophysics as Interdisciplinary Science Waseda Univeristy Tokyo Japan 2005 91-3

2 R Hanninen J Kopu EV Thuneberg MTsubota ldquoStability of Quantized Vortices UnderRotation Helically Twisted Vortex Bundlerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

3 AP Finne VB Eltsov G Eska R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoVortex Multiplication in Applied Flow the Precursor to Superfluid Turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

4 M Kobayashi ldquoInertial range of steady quantum turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

5 A Mitani ldquoCorrelation between Quantum Vortices and Eddies in Normal Fluid Turbulen

22

ce rdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005

8 18-206 M Tsubota M Kobayashi ldquoInertial Range and the Kolmogorov Spectrum of Quantum T

urbulencerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

7 AP Finne VB Eltsov R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoRelaxation of a Helical Vortex Clusterrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

8 VB Eltsov AP Finne R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoPropagation of Quantized Vorticity in a Rotating Columnrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

9 R Hanninen A Mitani and M Tsubota ldquoSimple Pinning Model for Vibrating Wire Turbulence in Superfluid Heliumrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

10 R Kanamoto M Tsubota ldquoEnergy Spectrum of Fermions in a Rotating Boson-Fermion Mixturerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

11 M Kobayashi M Tsubota ldquoLocalization of Bose-Einstein Condensation and Disappearance of Superfluidity of Strongly Correlated Bose fluid in a Confined Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

12 A Mitani R Hanninen M Tsubota ldquoCritical Velocity for Superfluid Turbulence at High Temperaturesrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics Universityof Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

13 H Takeuchi K Kasamatsu and M Tsubota ldquoVortex Structures in Rotating Two-component Bose-Einstein Condensates in an Anharmonic Trapping Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

14 M Tsubota ldquoQuantized vortices in Bose-Einstein condensatesrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

15 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoCenter-of-mass fluctuations in a matter-wave bright solitonrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

16 M Tsubota ldquoNumerical study of quantum turbulence (Invited)rdquo Conference on Vortex Rings and Filaments in Classical and Quantum Systems ICTP Trieste Italy 2005 6 6-8

17 M Tsubota ldquoWhat we can do from numerical studies (Invited)rdquo Workshop on New Experimental Techniques for the Study of Quantum Turbulence ICTP Trieste Italy 2005 6 9-10

学会研究会講演

1 小林未知数坪田誠「ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体におけるボース

凝縮の局在と 流動の消失」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

2 坪田誠「 流動ヘリウムおよび中性原子気体BECの量子流体力学」（招待講演） 日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

3 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転ボーズアインシュタイン凝縮系の3次

元渦糸シミュレーション」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

4 竹内宏光笠松健一坪田誠「 調和ポテンシャル中の回転2成分ボース凝縮体にお

23

ける渦構造」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

5 R Hanninen 三 坪田誠「Quantum turbulence around a vibrating wire」日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

6 　三 R Hanninen坪田誠「「速度に依存しない乱流遷移」は熱カウンター流で

も存在するか」日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

7 三 「 流動乱流と古典乱流の 似性相違性」第54回理論応用力学講演会（日

本学術会議 メカニクス構造研究連絡委員会主催）2005 1 25-27

8 三 「 流動ヘリウム中での乱流遷移」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱

流現象と力学系的縮約」2005 1 12-14

9 　小林未知数「量子流体における乱流現象とエネルギースペクトル Gross-Pitaevski

i方程式による 析」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱流現象と力学系的縮

約」2005 1 12-14

10 坪田誠「乱流の量子古典対応」（招待講演）九州大学応用力学研究所研究集会「乱

流研究の異分野融合と新たな創成」2005 6 16-18

11 　金本理奈坪田誠「回転ボースフェルミ混合系における量子渦とフェルミ原子の

相互作用」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

12 小林未知数坪田誠「Gross-Pitaevskii方程式による 流動乱流のエネルギースペ

クトルII」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

13 　三 坪田誠「常流体乱流中の量子渦ダイナミクスの統 的性 」日本物理学会

2005年秋季大会　同志社大学

14 　藤山将士R Hannienn坪田誠「量子渦糸と球状粒子の相互作用運動－ 流動乱

流の可視化に向けて」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

15 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転BEC系におけるエネルギー散逸と乱

流状態」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

学位論文

博士論文

1 西 岡 圭 太 「 樹 木 状 分 子 デ ン ド リ マ ー に お け る 振 動 エ ネ ル ギ ー 及び励 子の分子内移動ダイナミクス」

研究助成金取得状況1 坪田誠日本学術振興会基盤研究(B)「 流動ヘリウムおよび中性原子気体ボース凝

縮系における量子渦の物理」590万円

2 笠松健一日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

3 小林未知数日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

その他 1 坪田誠日本物理学会代議員

24

超高エネルギー研究室

川上三郎 教授 林 嘉夫 助教授 松山 利夫 技術職員(システム計測室)

小島 浩司 (D3) 田中 秀樹 (D3) 野中 敏幸 (D3) 大嶋 晃敏 (D1)

松本祐輔（M1） 松本慶一郎(M1) 清水伸明（M1） 奥田剛司（B4）

研究概要

1 宇宙粒子線による点源探索と加速機構の研究（川上林松山小島田中野中大嶋松本（慶）松本（祐）清水） インドデカン高原南部の Ootyでタタ基礎研究所との共同研究で表題の研究を行っ

ているこのために大規模空気シャワー観測装置の建設運転を継続中である現在

シンチレーション検出器（1m２）約 280台および４基のミューオン検出装置（合計 560m２＞1GeV）でデータ収集を行っておりデータを蓄積しつつ解析を進めている到来方向の角度精度の向上を図るために導入した粒子入射時刻較正システムを用いて較正を

行ったまた検出面積の拡張のためにファイバーを使った新しいシンチレーション検

出器 30台を製作し空気シャワーアレイに組み込んだこの様にして得られた空気シャワーの観測結果を解析した結果 1014～1015eV付近においては一次宇宙線の原子核組成が徐々に重い原子核が増加しているという新しい知見が得られたので学位論文（田中）

として公表した 2 太陽系近傍における宇宙線の異方性の研究（川上林松山小島田中野中大嶋 松本（慶）松本（祐）清水） Ootyの大規模空気シャワー観測装置の一部である４基のミューオン検出装置を用いて数十 GeVの一次宇宙線の時間変動を高精度で方向別に観測を続け約 3年間のデータの蓄積を得たこれらのデータの解析結果から太陽圏の周辺磁場の構造に関して重要な知

見が得られたので学位論文（小島）として公表した 3 L3+Cosmic実験（川上林） L3+C実験はＣＥＲＮ（ヨーロッパ高エネルギー物理学研究所）において LEP（Large Electron Collider）のＬ３実験で用いられた高エネルギーミューオンの運動量を精密に測定する装置を使用して宇宙線中の高エネルギーミューオン（15GeV～1TeV）の測定を行った実験装置 及び解析の結果は同研究所の L3C のホームページ

25

(httpl3cosmicscernch8000l3cwww)に紹介されている L3+C実験は完了していて現在はデータ解析とまとめが行われている解析の主なテーマとしては 1013ｅV～１0１６eVにおける一次宇宙線の化学的成分の測定50GeV～１TeVの大気ミューオンのエネルギースペクトラムミューオン荷電比月の影を利用した高

エネルギー宇宙線反陽子の強度観測太陽フレアに伴う GLE現象における高エネルギーミューオンの観測などが対象となっている解析の結果 20GeV～3000GeVの範囲の大気ミューオンについて高精度なエネルギースペクトラムが得られたのでそれを公表した

4 新しい日印宇宙線共同研究の検討（川上林） ヒマラヤのハンレーにおける高エネルギー宇宙線観測計画の可能性を調査検討する

ためにタタ研究所を訪れ今後の共同研究の進め方について議論を行ったその結果

出来るだけ早期に 3m口径のチェレンコフ望遠鏡を導入することが合意された 5宇宙線望遠鏡計画 (Telescope Array Project)（川上林田中野中松本（祐）松本（慶）清水奥田） 宇宙線望遠鏡計画は最高エネルギー領域（～＞1020eV）の宇宙線を広大な面積を持つ（～1000km2）空気シャワー観測装置をユタ州のミラード郡に設置し観測しようと

する計画である観測装置の建設には 4 年を要するこの宇宙線望遠鏡は空気シャワー観測装置としては世界最大であった AGASA（東京大学宇宙線研究所付属明野観にある超大空気シャワー観測装置現在は終了）の１０倍の規模を持ち統計精度の良いデータ

の収集が期待されている 地表検出器はシンチレーション検出器約 500 台を使用し主として大阪市立大学がこ

の部分の開発製作を担当しているこの他に大型の固定式蛍光望遠鏡３基により空

気シャワーが大気中を発達する様子を精密に測定し一次宇宙線の核種やエネルギーな

どを測定する平成 15年度から 6年間の予定で特定領域研究（科研費）が採択され東京大学宇宙線研究所を中心として多くの大学が参加しているエンジニアリングアレイ

として 20 台が製作されその内の 18 台が現地に展開され試験的にデータ収集を行う事が出来た

教育研究業績

学術論文 １PAchard SKGupta YHayashi SKawakami SCTonwar et al ldquoMeasurement of the atmospheric muon spectrum from 20 to 3000 GeVrdquo

Physics Letters B 598 15‒ 32 (2004) ２SKGupta YHayashi SKawakami HKojima TNonaka HTanaka SCTonwar

et al

26

ldquoGRAPES-3 A high-density air shower array for studies on the structure in the cosmic-ray energy spectrum near the kneerdquo

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 540 311-323 (2005)

学会研究会講演 日本物理学会 2004年秋季大会(2004年 9月) 高知大学 1 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（2） 2 川上三郎テレスコープアレイ計画 78地表検出器の総合試験の評価 日本物理学会 第 60回年次大会(2005年 3月) 東京理科大学 1 大嶋晃敏Ooty空気シャワー実験 20（検出器間の相対時刻較正Ⅳ） 2 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（3）

学位論文

博士論文 （Study of Cosmic Ray Sidereal Anisotropy with GRAPES-3 Muon

Telescopes） ( A Study of Nuclear Composition of Primary Cosmic Rays with GRAPES-3

Air Shower Experiment )

研究助成金取得状況

１ 林 嘉夫学術振興会基盤研究（B）（360万円） 「空気シャワーアレイ用粒子到来時刻較正システムによる角分解能向上の研究」 ２ 川上三郎学術振興会基盤研究Ｃ （50万円） 「大型ミューオンテレスコープによる太陽フレアと銀河宇宙線の異方性の研究」 ３川上三郎文部科学省特定研究 （10100万円） 「地表検出器の開発と AGASA検出器による較正」 ４川上三郎東京大学宇宙線研究所共同利用 （55万円） 「大型ミューオンテレスコープによる銀河宇宙線強度の観測」

海外出張および海外研修

１ 林 嘉夫インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と宇宙線化学組成の研究」 2004年8月7日－2004年10月5日

小島浩司 GRAPES-3 ミュオン望遠鏡による宇宙線恒星時異方性の研究 田中秀樹 GRAPES-3 空気シャワー実験による一次宇宙線原子核組成の研究

27

インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と

宇宙線化学組成の研究」2005年1月24日－2005年3月8日

２ 川上三郎インドタタ研究所インド天文物理学研究所 「新しい日印宇宙線共同研究についての打ち合わせ」2005年 1月 6日～17日

3川上三郎米国ユタ州ミラード郡 「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日

4奥田剛司米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作及び設置」 2004年 11月 15日～12月 23日 ５松山利夫米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日 ６大嶋晃敏インドタタ研究所 「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線

源と宇宙線化学組成の研究」 2004年9月16日－2005年1月10日

その他

1 川上三郎東京大学宇宙線研究所実施専門委員 2 川上三郎大阪大学附属核物理センター運営委員

28

高エネルギー物理学研究室

奥沢 徹 教授 清矢 良浩 助教授 山本 和弘 助手

平本 潤一(M2) 坂井 俊之(M2) 脇坂 隆之(M1)

東田 翼(B4)

研究概要 陽子反陽子衝突型加速器を用いた素粒子実験（奥沢清矢山本平本坂井脇坂） 米国フェルミ国立加速器研究所における日米協力研究の一環として陽子-反陽子衝突型加

速器テバトロンと汎用型素粒子検出器CDFを用いた実験を遂行したRun-Iのデータ収集は

すでに終了しており重心系衝突エネルギー18TeVにおいて積分ルミノシティ約109pbminus1の

データが蓄積されているそのデータを用いたヒッグス粒子の探索トップクォーク性質

の調査電弱相互作用の測定QCDの検証超対称性に関連する新粒子やR-Parityを破る現

象の探索などの実験の解析を行ってきたがそれら一連の解析は終了しつつある 本年度においても重心系衝突エネルギ

ー196TeV でのRun-IIデータ収集が順調

に継続中である加速器のビーム強度も本

年度は10倍以上に増強され積分ルミノシ

ティも2005 年3月現在で900pbminus1となった

この内磁気テープに保存されデータ解析

に使用可能な分が約700pbminus1となっている

(図1) この高統計データを用いたヒッグ

ス粒子の探索ボトムクォークやトップク

ォークの性質をさらに詳しく調べるため

の解析が精力的に進められ結果も出始め

ている（学術論文1-30)CDF Run-II検出

器の詳細については参考文献1を参照され

たい我々の研究室では本年度も検出器

各部の校正とデータ解析用の大容量ディ

スク装置の更なる整備を行い解析のため

の計算機能力増強が継続され主にヒッグス粒子やSUSY粒子探索を遂行している特に今

年度は中性ヒッグス粒子探索に於いて大きな進展があったのでここで紹介する 我々の研究室が担当しているヒッグス粒子の探索モードは 0 pp Wh WWW Xν νplusmn plusmnrarr rarr rarr (1)

というW ボゾン付随生成からのヒッグス粒子がWW へ崩壊し終状態に同符号の電荷を持つ

２つのレプトン(e または μ)が現れるというモードであるヒッグス粒子を除いた素粒子標

準模型ではこの「同符号電荷二重レプトン」という事象は非常に稀なため標準模型を越え

る素粒子探索には非常にシグナルノイズ比が良いという利点がある我々は2004年夏までに

蓄積された1935pbminus

1

図1CDFにおける積分ルミノシティ

1

cgt

のデータを用いて同符合電荷二重レプトンを持つ事象を選び出し様々

な吟味を加えた先ず種々の検出器からの応答からレプトンであるという同定を与えた後に

さらに２つのレプトンの横運動量 が p を満たすサンプルを集め

た結果得られた事象数は標準模型から得られる量と誤差の範囲で一致を見た特に図2

に示すようにヒッグス粒子に感度が高い領域(縦軸 が小さい方のレプトンの 横軸

２つのレプトン運動量のベクトル和の横成分)に於いて期待値095plusmn061(stat)plusmn018(s

yst)に対して検出数は0であったこのことから我々は

Tp 20 GeVTp cgt 6 GeVT

Tp Tp

0pp Whrarr の生成断面積と

の崩壊分岐比の積

0 h WWrarr0 0( ) (pp Wh Br h WWσ rarr sdot rarr ) に対する上限値を95の信頼度でハドロンコ

ライダーにおいて世界で始めて得ることに成功した(図3)(参考文献2) 論文は現在執筆中

である理論値に対してまだ２桁の開きがあるが現在さらに蓄積された1fbminus1のデータを解

29

析中であるまた図4は現在までにテバトロンで得られたヒッグス粒子探索全体の様子である

p0 20 40 60 80 100 120

0

10

20

30

40

50

60-11935 pbCDF Run II Preliminary

(GeVc)

eee

μμμμe

Expected 62plusmn 34

Region C

Expected 293plusmn 71Observed 30

Region B

Region A

Observed3

Expected 81plusmn 31Observed 12

Signal boxExpected 095plusmn 080Observed0

)2Higgs mass (GeVc

-11935 pbCDF Run II Preliminary

Cross section upper limit of WH signal

100 120 140 160 180 200100 120 140 160 180 20010

2

101

1

10

102

Observed 95 CL limit

SM higgs

Bosophilic higgs

図2最終的に得られた事象数に対する期待値との

比較

図3得られた断面積の上限値(95CL)と理論値と

の比較

10-2

10-1

1

10

110 120 130 140 150 160 170 180mH (GeV)

Tevatron Run II Preliminary

H WW() lνlνCDF 360 pb-1

H WW() lνlνD0 299-325 pb-1

SM gg H WW()

WH lνbbndash

CDF 319 pb-1

WH eνbbndash

D0 382 pb-1

SM WH Wbbndash

ZH ννndashbb

ndash

D0 261 pb-1

ZH ννndashbb

ndash

CDF 289 pb-1

SM ZH Zbbndash

WH WWWCDF 194 pb-1

WH WWWD0 363-384 pb-1

SM WH WWW

September 29 2005

図4現在までにTevatronで得られたヒッグス粒子探索の結果と理論予測

との比較 2 νμ―ντ振動実験（奥沢）

スイスジュネーブにある欧州共同利用原子核研究所(CERN)で行ったνμ―ντ振動実験の

解析を継続しているこの実験はニュートリノの質量の有無を調べることを主目的として

いる現在は原子核写乾板の画像解析もほぼ終了しているこの乾板中に記録された反応は

通常のν原子核反応としても扱えるのでこれを利用してチャームクォークの質量の精密計

測ν原子核反応前段面積の測定なども行っている（学術論文31-33）

30

図5シリコンマイクロストリップ飛跡検出器

Hダイバリオン及びペンタクォークの探索（山本） 高エネルギー加速器研究機構（つくば市）の陽子シンクロトロン施設においてK－ビームを

用いたΛΛ超重核探索実験(KEK-PS E373)のデータ解析作業を昨年度に引き続き進行中で

ある実験内容は昨年度の年次報告を参照されたい今年度はこれに加えて米国立ブルック

ヘブン研究所または現在茨城県東海村に建設中の文部科学省大強度陽子シンクロトロン施

設J-PARCで予定されている高統計の次期実験のためのシリコンマイクロストリップ飛跡検

出器の製作とテストを行った無事に実機の１号機(図5)は完成し宇宙線を使ったテストも

良好な結果を得ているまた同じく高エネルギ

ー加速器研究機構においてシンチレーティングフ

ァイバーブロック標的を用いたHダイバリオン共

鳴探索実験(KEK-PS E522)のデータ解析も続行

している（京都大学大阪大学東京理科大学

岐阜大学高エネルギー加速器研究機構との共同

研究）これはK－＋12CrarrΛ＋Λ＋K＋

3

＋X 反応を測

定しΛ＋Λ系の不変質量を再構成することによ

り(uuddss)の６クォーク状態と考えられているHダイバリオン共鳴状態を探索するものである以

前の実験でΛ＋Λ系の不変質量にピークらしいも

のが観測された(参考文献3)のを受けて高統計で

その真偽を確かめることを目的としている解析

は最終段階に入っておりプレリミナリな結果ではあるがやはり今回も理論で予測される

スペクトルよりも多少の超過が確認された(図6)この予想スペクトルに対する統計的優位性

は27σであるまたこの実験では同じセットアップを用いて π－＋prarrK－＋Θ＋rarrK－＋K＋＋n の反応を仮定してのペンタクォークΘ＋の探索も行われたΘ＋は( uudds )の５クォーク

状態として2003年に世界で始めて日本のSPring-8で発見され(参考文献4)その後ITEP(ロシ

ア)Jeffersonlab(米国)ELSA(ドイツ)等で追認され測定された質量は1530～1540MeVc

2である(参考文献567)しかしその多くがγ-核子反応からのものでハドロン反応での生

成はITEPでの泡箱写真解析による非常に少ない統計しかない状態であったので今回の

KEKでの実験となった入射π－の運動量は192GeVcであるデータ解析はp(π－K－)系でのmissing mass (喪失質量)を計算することで行いもし終状態に特定の粒子が出来ていれ

ばピークが立つはずである解析はほぼ終了しておりプレリミナリな結果として図7を得た

1530MeVc 2辺りにバンプが見られるバンプの中心値は1530 (stat) (syst)MeVc 2で

あるが統計的有意性は25σであり統計揺らぎの可能性も否定できないので今後のより

統計の高いデータが望まれる

+minus2219

+minus1913

Preliminary

図6ΛΛ不変質量分布 図7p(π－K－) 系の missing mass 分布

31

図8シンチレーティングファイバーブロック検出器で

得られたΣ＋p散乱の飛跡

4 ハイペロン－核子散乱断面積の測定（山本） これは山本が大学院時代から参加していた実験で今年度ようやくデータ解析が終了して

学術雑誌への発表も終わったのでその内容を紹介させて頂く核子－核子散乱データは今

日まで非常に多くの測定データが蓄積され

核子間相互作用の理解は非常に深まっている

がその反面同じバリオンであるΛΣ

Ξなどのハイペロンとの相互作用の研究は

その寿命の短さから来る実験データの少なさ

も相まって未だ発展途上にある言うまでも

ないがその先の目標はバリオン－バリオン

間相互作用の統一的理解であるそこで我々

は上記の3と同じ高エネルギー加速器研究機

構陽子シンクロトロン施設においてシンチ

レーティングファイバーブロック標的を用い

たΣ p 散乱断面積を求める実験を行い

(KEK-PS E289)そのデータ解析を行ってき

たΣ－p散乱に関しては既に発表済(参考文献

8)であるので今回はΣ＋p散乱の結果である

図8はシンチレーティングファイバーブロッ

ク標的で得られたΣ＋p散乱事象の例で実験

手法としては先ず167GeVc の入射π＋ビー

ムを使って得られた p(π＋K＋)Σ＋ 反応を探し出しそこでのΣ＋を今度は入射Σ＋ビーム

と見立てて陽子との散乱事象を測定するというものであるΣ＋の運動量が350MeVc ～750MeVc の範囲の断面積を求めたのもを図9に示す理論モデルとの比較においては

Nijmegenモデル(参考文献9)よりもRGMモデル(参考文献10)の方が近い結果を見せている

(学術論文34)

This work

(b)

This work

(a)f

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4u (cm) v (cm)

π+

K+

Σ+Σ+

pπ+

π+

K+

Σ+

Σ+

p

π+

図9Σ＋ｐrarrΣ＋ｐの弾性散乱断面積(a)Nijmegenモデルとの比較(b)RGMモデルとの比較 参考文献 1 DAcosta et al (CDF Collaboration) Phys Rev D 71 032001 (2005) 2 httpwww-cdffnalgovphysicsexoticr2a20041014lsdilep_whwww 3 J K Ahn et al (KEK-PS E224 Collaboration) Phys Lett B444 267 (1998) 4 T Nakano et al Phys Rev Lett 91 012002 (2003) 5 V V Barmin et al (DIANA Collaboration) PhysAtomNucl 66 1715 (2003) 6 V Kubarovsky et al (CLAS Collaboration) Phys Rev Lett 92 032001 (2004) 7 J Barth et al (SAPHIR Collaboration) Phys Lett B572 127 (2003) 8 Y Kondo et al (KEK-PS E289 Collaboration) Nucl Phys A676 371 (2000) 9 Th A Rijken V G J Stokes Y Yamamoto Phys Rev C 59 21 (1999) 10 Y Fujiwara K Miyagawa M Kohno Y Suzuki Phys Rev C 70 024001 (2004)

32

教育研究業績 学術論文 1 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Long-Lived Doubly-Charged

Higgs Bosons in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 071801 (2005)

2 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoFirst Evidence for 0sB φφrarr Decay and

Measurements of Branching Ration and A(CP) for B Kφ+ +rarr rdquo Phys Rev Lett 95 0 31801 (2005)

3 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Moments of the Hadronic Invariant Mass Distribution in Semileptonic B Decaysrdquo Phys Rev D 71 051103 (2005)

4 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Production Cross Section in

W W+ minus

pp Collisions at s = 196TeV using Dilepton Eventsrdquo Phys Rev Lett 94 211801 (2005)

5 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry from W eνrarr Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 051104 (2005)

6 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for ZZ and ZW Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 091105 (2005)

7 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the J ψ Meson and Hadron Production Cross Sections in

Bpp Collisions at s = 1960GeVrdquo Phys Rev D 71 032001

(2005)

8 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoAnalysis of Decay-Time Dependence of Angular Distributions in 0 SB J ψ φrarr and 0 d

0B J Kψrarr Decays and Measurement of the Lifetime Difference between Mass Eigenstatesrdquo Phys Rev Lett 94 101803 (2005) SB

9 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Cross Section for Prompt Diphoton Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 022003 (2005)

10 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Anomalous Kinematics in tt Dilepton Events at CDF IIrdquo Phys Rev Lett 95 022001 (2005)

11 K Hara T Okusawa K Yamamoto et al ldquoSensors for the CDF Run2B Silicon Detectorrdquo IEEE Trans Nucl Sci 51 1546-1554 (2004)

12 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurements of BB Azimuthal Production Correlations in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 092001 (2005)

13 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of the Boson Polarization in Top Decay at CDF at

Ws = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 031101 (2005) Erratum-ibid D 71 059901 (2005)

14 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry of Electron-Positron Pairs in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 052002 (2005)

15 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of Charged Particle Multiplicities in Gluon and Quark Jets in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev Lett 94 171802 (2005)

16 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Scalar Leptoquark Pairs Decaying to qqνν in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 112001 (2005) Erratum-ibid D 71 119901 (2005)

17 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Electroweak Single Top Quark Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 012005 (2005)

33

光物性物理学唐沢　力 教授 謝　海燕 (D3) 大北健児 (M2) 上田祐士 (B4)

赤井一郎 助教授 岡田 明 (M1) 中村貴史 (B4)

鐘本勝一 助手 加藤 賢 (M1) 藤城明弘 (B4)

研究概要

1 層状結晶半導体中の高密度励起子の非線形光学応答 (大北赤井唐沢)

高密度励起子系において励起子間相互作用は励起子高密度相の物性を決定づけるそこで我々は励起子間に顕著な斥力相互作用を持つ層状結晶GaSe中の励起子系において励起子間相互作用の位相緩和への寄与に着目し縮退四光波混合(DFWM)スペクトルを調べたその結果DFWM信号の励起スペクトルに共鳴位置とその高低エネルギー両側に計 3つのピークを見出したこれらのピークのエネルギー間隔はGaSeの励起子系で顕著に観測される非弾性散乱過程によって交換されるエネルギーに相当するつまり励起子の非弾性散乱状態が関係する非線形光学過程がこの分裂したDFWM信号ピークを与えたものと考えた(StPetersburg 大学と共同研究)

2 高効率蛍光物質ヘキサキスピリジンチオラト銅結晶の光物性 (謝赤井唐沢)

ヘキサキスピリジンチオラト銅結晶 [Cu6(nL minusmpyt)6](nLは配位子の配置を示す)は高い発光効率とそのスペクトルが特異な温度依存性を示す特徴的な二つの緩和発光帯が銅クラスター内遷移と銅クラスターから配位子間の電荷移動型遷移によって現れること発光色の変化はこの二つの発光帯の熱活性過程による強度交替であることなどを明らかにしたまた時間分解発光スペクトルを調べ電荷移動型遷移発光帯が 2つの異なる減衰時定数をもった 2つの発光帯の重ね合わせとして観測されていることを明らかにしたこれらの励起子発光の温度依存性やダイナミクスは銅クラスター内遷移と電荷移動型遷移の 2つを考慮した配位座標モデルで説明できることを示した(物質分子系専攻分子設計学研究室と共同研究)

3 小型光捕集性デンドリマーの励起子ダイナミクス (赤井鐘本)

比較的低世代のデンドリマーにおいて光捕集性外周側鎖の光励起後の励起子の伝達ダイナミクスを調べたその結果これらの小型デンドリマーでは外周側鎖の光励起の後外周側鎖内部での振動緩和以前にコアへ励起子が伝達していることが明らかになったまたこれらの迅速な励起子のコアへの伝達を担う物理的機構はコアと光捕集性側鎖が結合する部分におけるそれらの電子励起子状態の波動関数の重なりによる短距離相互作用であると考えた(生体構造物性研究室ならびに信州大学繊維学部と共同研究)

4 デンドリマーにおけるエネルギー伝達の温度依存性 (岡田赤井鐘本)

光捕集性デンドリマーの光捕集アンテナは数多くの芳香環によって構成されておりそれらの芳香環が中心に位置するコア分子から外側に向かって枝分れしながら結合している形態をとるそのためこれらの光捕集アンテナ部分には多くの分子振動の自由度が存在し室温ではそれらの分子振動の自由度が比較的良く熱励起されていると考えられるこのような状況でも光捕集アンテナを光励起すると

7

極めて高い効率でコアへ励起子が伝達するのが光捕集性デンドリマーの特徴であるそこで励起子伝達ダイナミクスにおいて分子振動が担う役割を明らかにするためデンドリマーの励起子伝達ダイナミクスの温度依存性を調べたその結果試料を冷却して溶媒が凍結するとコアへの励起子伝達効率が著しく低下することが明らかになったこの顕著な温度依存性は室温で熱励起されている光捕集性アンテナ芳香環のねじれ振動が励起子の伝達に大きく寄与していることを意味する(生体構造物性研究室ならびに信州大学繊維学部と共同研究)

5 デンドリマーにおける励起子伝達の世代空間形態依存性 (加藤 赤井 鐘本)

光捕集性デンドリマーの光捕集アンテナを光励起すると高効率にコアへ励起子が伝達する特徴がありその伝達量子効率は光捕集アンテナの枝分れ世代数や空間形態に大きく依存することが知られているしかしそれらの励起子伝達の物理的機構は未だ系統的に理解されていないそこで光捕集アンテナが結合できる結合手を 4つ持ったコア分子に2sim4世代の枝分れ光捕集アンテナを3箇所に選択的に結合させた 34-m thデンドリマー (m = 2 sim 4光捕集アンテナの枝分れ世代数)の励起子伝達ダイナミクスを調べたその結果励起子のコアへの伝達量子効率が枝別れ世代数mの増加と共に若干低下する傾向が明らかになった(物質分子系専攻機能化学研究室と共同研究)

6 CdxMn1minusxTeCdyMg1minusyTe半導体量子井戸中のMn2+内遷移と励起子遷移 (赤井)

CdTe半導体にMnをドープするとCdサイトにMn2+が置換され共有性結合を形成するこのMn2+には d5電子が存在しMnを高密度にドープしたCdxMn1minusxTeとバリア層半導体CdyMg1minusyTe で量子井戸構造を形成するとCdxMn1minusxTeのバンド間を基礎とした励起子遷移と共存してそれぞれ特徴的な光学遷移を与える我々は原子数比で 40以上のMn2+をでドープした試料について量子井戸励起子とMn2+中 d5電子内遷移の発光を量子井戸厚を変化させた試料について系統的に調べたその結果特に数Kのネール温度以下の低温において高密度ドープした結果隣り合ったMn2+の d電子間の反強磁性相互作用が顕著になりそれを示す発光を見出した(StPetersburg 大学と共同研究)

7 Cu2O薄膜結晶の励起子スペクトル (赤井)

Cu2Oの最低励起子状態である para励起子は光学禁制で長い寿命を持ち高密度に集約させられる可能性を持つことから励起子系のボーズアインシュタイン凝縮が期待されている系であるそこで我々は空間的に励起子を閉じ込めやすいようにCu2O粉末を 2枚のMgO単結晶板で挟んでその間にCu2Oを溶解浸透させて作成したCu2O薄膜結晶を用意しその光学応答を調べたその結果吸収スペクトルでは黄色と緑色シリーズの励起子遷移が観測された一方発光スペクトルでは3本に分裂した ortho励起子発光とそれらのフォノンサイドバンド発光が観測されたこの分裂はMgOに挟むことによってCu2O薄膜結晶が歪みを受け分裂したものと考えた(大阪府立大学と共同研究)

8 自己形成CdTe量子点の励起子スペクトル (赤井)

ホットウォール法でZnTe上に自己形成させたCdTe量子点の光学応答とその温度変化を調べたその結果CdTe量子点に閉じ込められた励起子による発光と共に結晶成長時にCdTe量子点とバリア層ZnTeの間に形成されるCdTeぬれ層に束

8

縛された励起子の発光が観測されたまた試料作成時にCdTeの仕込み量が少ないCdTe量子点ではCdTe量子点の励起子発光が大きく高エネルギーシフトしZnTeのバンドギャップ近傍に現れたこの励起子発光の大きなブルーシフトはCdTeの仕込み量の少ない試料においてCdTeと ZnTeの混晶ぬれ層が形成されその結果CdxZn1minusxTe混晶半導体の量子点が形成されているためと考えた(山梨大学と共同研究)

9 π共役高分子のFETデバイスで誘起されるキャリアの研究 (鐘本)

近年π共役高分子を用いて電界効果トランジスタ (FET)特性が実現されることが報告されその応用に向けた研究が盛んになされているπ共役高分子として層構造を示すポリチオフェン誘導体ならびに大気中で安定なポリフルオレン誘導体に対して実際にトランジスタ動作を確認したそのデバイスに対してトランジスタ動作で誘起されるキャリアを吸収分光でとらえる実験を行い近赤外領域で特徴的な信号を観測したその信号は化学酸化で得られるキャリアに比べて低エネルギー領域に信号を有することが確認され高分子鎖間で広がった状態がキャリアとして働いていることが示唆された(University of Cambridgeとの共同研究)

10 長鎖チオフェンオリゴマーのポーラロンダイナミクス (鐘本)

π共役高分子はドープ状態で高い導電性を示しそのキャリアとして電子スピンを有するポーラロンが重要視されているそれら高分子のモデル化合物として長鎖オリゴマーを用いてESR特性を調べた特にそのESRスペクトルは高周波 (36 GHz)の実験において一般によく用いられるXバンド領域 (9 GHz)と線型及び線幅が顕著に異なるスペクトルを与えたこのことはポーラロンの運動の様子を異なる時間尺度で観測できたことを反映しており今後解析していくことでポーラロンダイナミクスについて詳細な情報が得られることが期待される(分子科学研究所との共同研究)

教育研究業績学術論文

1 H Xie I Kinoshita T Karasawa K Kimura T Nishioka I Akai K KanemotoldquoStructure Study and Luminescence Thermochromism in Hexanuclear 6-Methyl-2-Pyridinethiolato Copper(I) Crystalsrdquo

J Phys Chem B 109 pp9339-9345 (2005)

2 I Akai K Harai K Kouno T Karasawa ldquoPhotocalorimetric study on nonradiative relaxation processes and photolumines-cence quantum yields in Alq3 single crystalsrdquo

J Lumin 108 pp11ndash14 (2004)

3 H Xie M Tougezaka S Oishi I Kinoshita K Kanemoto I Akai T Karasawa ldquoLuminescence processes of hexanuclear methylpyridinethiolato-copper (I) crystalsrdquo

J Lumin 108 pp91ndash95 (2004)

4 V F Agekyan Yu A Stepanov I Akai T Karasava L E Vorobev D A FirsovA E Zhukov V M Ustinov A Zeilmeyer S Shmidt S Hanna E ZibikldquoLuminescence of Stepped Quantum Wells in GaAsGaAlAs and

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InGaAsGaAsGaAlAs StructuresrdquoSemiconductors 38 pp565ndash571 (2004)

5 A Ito H Ino Y Matsui Y Hirao K Tanaka K Kanemoto T Kato ldquoA Bindschedlerrsquos Green-Based Arylamine Its Polycations with High-Spin Multi-plicityrdquo

J Phys Chem A 108 pp5715ndash5720 (2004)

国際会議会議録

1 I Akai K Watanabe K Yamashita K Kanemoto T Karasawa H HashimotoldquoExciton Dynamics in CdTeZnTe Quantum Dots Grown by Hot-Wall Expitaxyrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

2 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M KimuraldquoRapid Energy Transfer in Light-Harvesting Small Dendrimersrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

学会研究会講演

1 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢 力橋本秀樹木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

I-19 pp73ndash76 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

2 岡田 明赤井 一郎鐘本 勝一唐沢 力橋本 秀樹木村 睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

I-21 pp81ndash83 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

3 大北 健児丹治 淳鐘本 勝一赤井 一郎唐沢 力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

II-24 pp93ndash96 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

4 謝 海燕峠坂雅美加藤 賢木下 勇鐘本勝一赤井一郎唐沢 力「ヘキサキスピリジンチオラト銅 (I)錯体結晶の発光特性 (II)」

III-66 pp261ndash264 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

5 赤井一郎 岡田明 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

12pXD-12 第 4分冊 pp643日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

6 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

13pPSA-21 第 4分冊 pp660日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

7 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学応答スペクトル II」

24aPS-44 第 4分冊 pp668日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

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8 岡田明 赤井一郎 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

24aPS-98 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

9 加藤賢赤井一郎鐘本勝一唐沢力大橋正和篠田哲史築部浩「光捕集性 3世代 34デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクス」

24aPS-99 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

その他

1 唐沢　力 　物理学教室談話会（新入生歓迎）　　　　　　　　　「私たちの行っている研究」　

2 唐沢　力　高大連携活動　市大授業　（2004年 5月 1日）　　　　　　　　　「大学で学ぶ物理 - 物理の面白さと必然性」

学位論文修士論文

1 大北健児 「 半導体GaSe結晶における高密度励起子の縮退四光波混合スペクトル」ldquoSpectra of High-Density Excitons in Semiconductor GaSe Crystal by Degenerate-Four-Wave Mixing Methodrdquo

博士論文

1 謝 海燕「 銅 (I)-クラスターを中心とする新規複合錯体化合物結晶の光励起状態とその緩和過程」ldquoPhoto-Excited States and Thier Relaxation Processes of Novel Cu(I)-Cluster-DominatedCoordination Compound Crystalsrdquo

研究助成金取得状況

1 唐沢 力 (代表者) 赤井一郎 鐘本勝一 飯田 武 鈴木正人文部省科学研究費補助金 基盤研究 (B-2) (課題番号14340095)(H14 6200千円 H15 4500千円 H16 1200千円)「半導体中に光学的に生成された量子凝縮相のダイナミックス」

海外出張および海外研修

1 鐘本勝一 「有機高分子を用いた最先端デバイス技術の習得及びその動作機構の解明」

Cavendish Laboratory Cambridge University UK Mar 2004 - Mar 2005

2 赤井一郎 6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter

(EXCONrsquo04) Cracow Poland 6-9 July 2004

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生体構造物性研究室

橋本 秀樹 教授 丸山 稔 講師 杉﨑 満 講師

佐島 徳武 (PD) 藤井 律子 (PD) 柳 和宏 (D3学振PD)

西尾 友宏 (M2) 清水 麻登香 (M2) 和泉 拓朗 (M1) 楠本 利行 (M1) 下中 奨三 (M1) 藤原 正澄 (M1) 鈴木 聡 (B4) 重信 明孝 (B4) 若竹 伸幸 (B4)

研究概要

1 サブ10フェムト秒時間分解分光計測システムの構築とフェムト秒時間領域分光（杉﨑佐島橋本） 光合成反応系は生命の40億年とも言われる歴史に基づく自然選択の摂理により改良されてきた天然のエネルギー変換システムであるこの反応系は人類がこれまで構築し

た如何なるシステムよりも遥に速い変換速度（lt 100フェムト秒）で高効率のエネルギー変換（～100）を行うと考えられているそのため光合成反応系の初期過程のメカニズムを明らかにすることは基礎物理的にも応用的にも非常に重要である近年レーザ

ー技術の進歩により市販のレーザーを用いることで100フェムト秒程度の超短パルスを比較的簡単に手に入れることが可能となったしかし光合成系の初期過程を明らかに

するためにはそれよりも更に一桁以上時間分解能の良い光源の開発が必要不可欠となる

そのため我々の研究室ではチタンサファイア再生増幅器からのレーザー光を2つに分け一方を自己位相変調により白色光もう一方をBBO結晶を用いて第二高調波を発生させこれらの光の非同軸光パラメトリック増幅を行うシステムを構築した 今年度はフェムト秒再生増幅装置を励起光源とする非同軸光パラメトリック増幅器

（NOPA）2台の性能最適化を行った我々の持つ全てのノウハウを傾注しプリズム対およびチャープ鏡対を併用したパルス圧縮を行うことにより可視波長域（500sim750 nm）において最短6フェムト秒のパルス幅を持つ「本当の」フェムト秒光パルスの安定発生を達成した同レーザー光を用いてポンププローブ時間分解吸収分光縮退４光波混合計

測システムを構築した本レーザー装置の出力スペクトルに合致する吸収帯を持つ試料と

して極性カロテノイドアナログ及び共役二重結合数15を持つマクロカロテン分子についての時間領域分光計測を行ったいずれの試料においても過渡吸収変化にimpulsive stimulated Raman processに由来するコヒーレント振動が重畳した信号が観測された比較的干満な時間変化を示す極性カロテノイドアナログの場合は適当な窓関数を設定して

フーリエ変換を行うことによりコヒーレントフォノンモードの周波数及び強度の時間変

化が観測できた励起状態の位相緩和時間に対応すると考えられるコヒーレントフォノン

モードの減衰の時定数としてsim1 psが得られたこの値は観測している励起状態の寿命（sim2 ps）の半分程度の値を示している超高速な緩和を示すマクロカロテン分子においても同様なコヒレーントフォノン信号の時間変化が観測されたしかしながら本試料の場合

は時間領域に現れるコヒーレント振動が時間と共に変化する大変興味深い様相が確認さ

れたフーリエ変換を用いた従来どおりの解析はコヒーレント振動の時間変化が無い場

合に限り適応可能である上述の観測結果は単純なフーリエ解析の限界を打破する新た

な解析手法の創出が必須である事を示唆しているマクロカロテン分子に関してはポン

ププローブ分光の他４光波混合を用いた予備的な実験も行った

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2 光合成光反応中心複合体におけるカロテノイドの構造安定化（橋本）

光合成系における機能発現には複数の光合成色素（カロテノイド及びクロロフィル）

がアポタンパク質により形成される反応場の中で空間的に規則正しく配列した色素蛋白

超分子複合体構造が密接に関係している特に光捕集光保護構造安定にはカロテノ

イド色素が重要な役割を果たしているこれまでに紅色光合成細菌Rhodobacter (Rb) sphaeroidesを中心に光保護作用に関する研究が数多くなされてきたこれはRb sphaeroidesがX線構造解析により蛋白の構造が解明されていることまたカロテノイド欠損株R-261と所望のカロテノイドを用いることにより人工の光反応中心を再構成できることなど興味深い研究の場を与えてくれることに起因するしかしながら光反応中

心に再構成されたカロテノイドが天然の物と同じ位置に取り込まれるかという最も基本

的かつ本質的な問題についてはこれまで明らかにされていなかった英国グラスゴー大

学及び米国コネチカット大学との共同研究によりRb sphaeroides R261の光反応中心にspheroideneや34-dihydrospheroideneを再構成した試料について高分解能X線構造解析を行ったその結果カロテノイドのバインディングサイトを明らかにすると共にフェニル

アラニンM162が門番の役目となりカロテノイドが一方向からのみ光反応中心に取り込まれていくという興味深い結果を得た更にトリプトファンM75が鍵の役目となりカロテノイドと水素結合することにより構造の安定化がなされていることを明らかにした

得られた結果を学術雑誌（Structure）にて公表した

3 アナログカロテノイドを再構築した光反応中心複合体の電場変調吸収分光（柳西尾清水橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と系外から有機合成により調製したアナログカロテノイドを再構築した人工のRCの電場変調吸収分光測定（室温及び低温）を行ったカロテノイド分子の有無により周囲に存在するバクテリオクロロフィル分子周辺の静電環境にどのような差異が生じる

のかを初めて定量化した室温（生理温度）で測定した場合カロテノイド分子から16 Aring離れて存在するスペシャルペアバクテリオクロロフィル分子の周辺の静電場にカロテノ

イド分子の有無により10 程度もの差異が生じることを明らかにした得られた成果を学術雑誌（J Phys Chem B）にて公表した

4 アナログカロテノイドを天然のアポ蛋白質に再構築した人工の光合成光反応中心複合体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本西尾橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と有機合成により調製した一連の共役鎖長を持つアナログカロテノイドを再構築した人工のRCのナノ秒時間分解吸収スペクトル測定を行った得られた吸収スペクトルデータのセットに対して特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを適用するこ

とにより極微弱な吸収スペクトル変化を精度良く検出することに成功した再構成RCに関する従来の研究では共役二重結合数（N）が9より少ないカロテノイドを再構築した場合光保護作用の発現のために必須のカロテノイドの三重項状態の生成が全く検出さ

れなかったが今回の我々の実験によりN=8およびN=9のカロテノイドを再構築したRCおいてもカロテノイドのT1 rarr Tn吸収スペクトルが観測できたこの結果はカロテノイ

ドの光保護作用の発現機構に関して従来概念を覆す画期的な成果であると考えられる 5 光合成膜中でのアンテナ色素蛋白複合体の超分子配置のその場観察（下中清水藤井橋本） 光合成細菌の光合成系は二種類のアンテナ色素蛋白複合体（LH1及びLH2）と光反応

中心（RC）の3つの色素蛋白複合体が有機的に結合した超分子配置を形成することにより生理機能を発現している平坦な光合成膜を持つ紅色光合成細菌Blc viridisから調製した

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光合成膜試料に焦点を絞り画像計測の物差しを作成することを目的として研究を行った

Blc viridisにはアンテナ複合体としてLH1複合体のみしか存在しないことが知られている透過型電子顕微鏡（TEM）を用いた観測によりLH1複合体の直径10 nmに対応する環状の構造体が細密充填構造を取り配列している画像を取得した得られた画像をフーリエ変

換することにより三角格子構造を示唆する良好な回折パターンを得た回折点以外の余

分な成分を除去し逆フーリエ変換を行うことによりRC-LH1コア複合体の良好な画像を得ることに成功したこの画像データに対して統計処理を行ったところ環状構造体

の直径は98 plusmn 04 nm で分布しておりその中心にRCに対応する構造が観測されることからこの環状構造体がLH1複合体に帰属できることが明確となったまた各LH1リングは細密充填構造を取り配列しているが再隣接距離は約2 nm程度離れていることが明らかになった 単離生成したRC-LH1コア複合体をリン脂質二重層膜（Egg-PC）に再構築する方法を

確立したTEMを用いた観察（フーリエ解析）により再構成直後の人工光合成膜ではコア複合体は細密充填構造を取らず比較的ランダムに配列していた同試料の温度を上

下することで細密充填構造へ導けることが明らかになったこの結果はコア複合体の超

分子配列が制御可能であることを示唆しているコア複合体を再構築した人工光合成膜に

さらに他の種類の光合成細菌由来のLH2複合体を再構築した「本当の」人工光合成膜を作成すべく条件出し及びTEMによるその場観察を行っている

6 極性カロテノイドの同族体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本佐島橋本）

all-trans-レチナールと13-インダンジオンを縮合した2-all-trans-レチニリンデン-13-インダンジオン（RetInd）のTHF溶液に対して三重項増感励起によるナノ秒時間分解吸収分光測定を行った特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを用いたデータ解

析を行うことによりジカチオン状態に帰属できる過渡吸収バンドが特定できたカロテ

ノイド類ではTHFのような溶媒系（非重溶媒）でのラジカル生成は報告されておらずしかも三重項増感励起の際に見つかったこの特異な現象はカロテノイド（共役ポリエン

系）の電子構造を探索する上で重要な知見を与えていることが期待される

7 LH1アンテナ複合体の再構築とその電場変調吸収分光（鈴木藤井柳橋本） 紅色光合成細菌Rhodospirillum rubrumから共役二重結合鎖n = 13のカロテノイド（all-trans-spirilloxanthin）を単離精製した単離したカロテノイドをTriton X-100ミセル中でカロテノイドを除去したB880色素蛋白複合体の単量体サブユニットと再会合することによりRs rubrum LH1複合体を人為的に再構築した吸収スペクトル蛍光励起スペクトルおよび電場変調吸収スペクトルを測定することで再構成体と天然由来のLH1複合体についての比較検討を行ったLH1 complex再構成体はB880吸収帯が3 nm短波長シフトしている点とカロテノイド部分の振動構造がより明瞭になっている点を除けば天然体

と基本的に同様な吸収スペクトルを与えた蛍光励起スペクトルの測定によりカロテノ

イドからバクテリオクロロフィルへの励起エネルギー移動効率を決定したところ天然

LH1では35であったのに対し再構成LH1はこれより有意に高い40の効率を与えた電場変調吸収分光測定によってLH1複合体中のカロテノイド及びバクテリオクロロフィル分子の非線形光学パラメータ（光誘起分極率変化∆α光誘起双極子モーメント変化∆micro）を決定したところバクテリオクロロフィル分子では天然体と再構成体とで同様の値を与

えるのに対してカロテノイド分子では大きな差異が検出されたこの結果は再構成LH1複合体中のカロテノイド分子周辺の静電的環境が天然 LH1の場合とは明らかに異なっていることを示している電場変調吸収分光法は再構成体の構造に関して有意な情報を与

える分光学的手法であることが明らかになった 8 非線形光学材料の性能向上を目指した計測と評価（藤原丸山橋本）

大出力テラヘルツ電磁波（THz波）発生を実現するための有機非線形光学材料の性能評

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価について種々の分光計測法を適用することにより多角的に検討を行った具体的な測

定対象となる有機非線形材料としては既に良好なTHz波発生が確認できている2-メチル-4-ニトロアニリン（MNA）誘導体について検討した 様々な置換基を有するN置換MNA誘導体の大量合成を行ったブリッジマン炉を用いた

融液からの結晶成長とゾーン精製による純化を行いこれらMNA誘導体からの良質な単結晶の作成を目指して勢力的に研究を展開した特に単結晶試料の透明性を追求し種々

の条件だしを行った得られた結晶の面方位はX線ラウエ法により評価した 結晶の2次非線形光学定数（dテンソル）の測定を行うための装置を作成して稼働し各

MNA誘導体結晶のdテンソル成分の相対値を決定したdテンソルの決定には第二高調波発生法を採用しその励起光源としてはNdYAGレーザーの基本波（1064 nm）を用いた結晶試料は回転ステージ上に固定し励起光の偏光（p偏光およびs偏光）に対して任意角度に回転角を設定できるようにした原理的に全部で27個あるdテンソル成分に関して結晶構造および結晶内における分子配置を考慮することにより測定結果をシミュレーシ

ョンするコンピュータプログラムの開発も平行して行った 以上の研究を通じて1）光学的に良質で大型のBNA単結晶の成長に成功した2）dテンソルの成分比を実験的に検証しdZZZ成分の異常な増大を観測した3）dZZZの異常な増

大は超分子クラスターを考えることで定性的に説明可能であることを明らかにした4）結晶中の水素結合によって形成されるネットワークがdテンソルに大きく影響を与える事を明らかにした目標である良質で大きな有機非線形光学結晶の開発と二次非線形感受

率テンソルの決定等の結晶面方位に即した物性評価をすることができ当初の計画を十分

満足する研究成果が得られた 9 氷六角板結晶の成長と融解の間に生じる非対称なパターン形成（丸山）

結晶にはミクロな構造的異方性があるために特定の方位の結晶面のみがマクロな結晶

外形を構成するすなわち成長形は成長速度の遅い方位の平面によって融解形は融解

速度の速い面によって囲まれるという法則がある両者は違った形になることが予測さ

れるがその関係をきちんと調べた例はほとんどないそこで氷と水の圧力下共存系を

対象にして系の温度を下げながら氷を成長させ温度を上げながら氷を融解させた得

られた成長形はプリズム面と基底面で囲まれた六角板状であるのに対して融解形は六角

形の角から優先的に解け出して定常状態では逆六角形を示したすなわち成長形が30度回転した相似形になったただしこれら六面はわずかに曲がったラフ方位の曲面である

従来融解形は角ばった先端から解け始め丸い定常形に落ち着くものと考えられていた

界面での成長融解の素過程を考慮した数理モデルを作ってこの非対称変化を定性的に

説明した 教育研究業績 学術論文 1 K Yanagi H Hashimoto AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the LH2

complex from Rhodobacter sphaeroides G1C frequency and temperature dependencerdquo J Phys Chem B 108 10334-10339 (2004)

2 H Hashimoto K Yanagi M Yoshizawa D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoThe Very Early Events Following Photoexcitation of Carotenoidsrdquo Arch Biochem Biophys 430 61-69 (2004)

3 H Hashimoto T Sashima K Yanagi and M Yoshizawa ldquoUltrafast Relaxation Processes of Photosynthetic Carotenoidsrdquo Rev Laser Engineer 32 701-710 (2004)

4 RJ Cogdell H Hashimoto and AT Gardiner ldquoPurple Bacterial Light-Harvesting Complexes

15

From Dreams to Structuresrdquo Photosynth Res 80 173-179 (2004) 5 W Wohlleben T Buckup H Hashimoto RJ Cogdell JL Herek and M Motzkus

ldquoPump-deplete-probe spectroscopy and the puzzle of carotenoid dark statesrdquo J Phys Chem B 108 3320-3325 (2004)

6 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of the inhomogeneous band-broadening on the nonlinear optical properties of hydrazonesrdquo Phys Rev B69 205103 (2004)

7 AW Roszak K McKendrick AT Gardiner IA Mitchell NW Isaacs RJ Cogdell H Hashimoto and HA Frank ldquoProtein Regulation of Carotenoid Binding Gatekeeper and Locking Amino Acid Residues in Reaction Centers of Rhodobacter sphaeroidesrdquo Structure 12 (2004) 765-773

8 T Nakajima H Nagasawa M Maruyama T Komatsu J Nelson ldquoMacroscopic crystallization of nanocrystals into supercrystalsrdquo Jpn J Appl Phys 43 1102-1103 (2004)

9 D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri K Yanagi H Hashimoto RJ Cogdell ldquoConjugation length dependence of internal conversion in carotenoids Role of the intermediate staterdquo Phys Rev Lett 93 163002 (2004)

10 D Kosumi H Hashimoto and M Yoshizawa ldquoPump Wavelength Dependence of Ultrafast Relaxation Kinetics in β-Carotenerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 29-31

11 RJ Cogdell H Hashimoto K Yanagi D Polli G Cerullo G Lanzani and S de Silvestri ldquoExcited Singlet States of Carotenoids and Their Involvement in Photosynthetic Light-Harvestingrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 60

12 S Hirota H Inoue A Teteishi H Hashimoto Y Tomita M Murakoshi T Nigo K Sekimoto J Yokoyama and H Funayama ldquoAssessment of Conjunctival Impression Cytology (CIC) Method of Beta-carotene and Canthaxanthin Fed Vitamin A Deficient Ratsrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 43-45

13 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of carotenoid on electrostatic environment around the bacteriochlorophyll special pair in the reaction center of the urple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 26-28

14 T Sashima I Matsuda K Misawa S Koshiara and H Hashimoto ldquoThe Control of Photoisomerization of All-Trans Retinal by Using Chirped Femtosecond Laser-Pulsesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 24-25

15 M Sugisaki T Sashima K Yanagi A Sugita and H Hashimoto ldquoStationary and Transient Optical Absorption Measurements in Polar Retinoid Analoguerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 20-23

16 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell H Hashimoto ldquoElectroabsorption spectroscopy of β-carotene homologs Anomalous enhancement of ∆micrordquo Phys Rev B71 195118 (2005)

17 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto JP Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8-13 conjugated double bonds as determined by electronic absorption spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 410 108-114 (2005)

18 D Kosumi K Yanagi T Nishio H Hashimoto M Yoshizawa ldquoExcitation energy dependence of excited states dynamics in all-trans-carotenes determined by femtosecond absorption and fluorescence spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 408 89-95 (2005)

19 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M Kimura ldquoRapid energy transfer in light-harvesting small dendrimersrdquo J Lumin 112 449-453 (2005)

20 K Kanemoto M Shishido T Sudo I Akai H Hashimoto T Karasawa ldquoConcentration-dependence of photoluminescence properties in polythiophene diluted in an inactive polymer matrixrdquo Chem Phys Lett 402 549-553 (2005)

21 K Yanagi M Shimizu H Hashimoto AT Gardiner AW Roszak RJ Cogdell ldquoLocal electrostatic field induced by the carotenoid bound to the reaction center of the purple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo J Phys Chem B 109 992-998 (2005)

22 M Maruyama ldquoRoughening transition of prism faces of ice crystals grown from melt under pressurerdquo J Crystal Growth 275 598-605 (2005)

国際会議会議録

16

1 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

2 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 363-367

3 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

国際会議講演 1 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and

reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

2 RJ Cogdell AT Gardiner S Prince TD Howard M Papiz H Hahsimoto K Yanagi HA Frank AW Roszak and NW Isaacs ldquoThe organisation of carotenoids in purple bacterial antenna complexes and reaction centres analysis of structure and functionrdquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

3 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

4 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

5 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

6 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoMolecular Architecture of Native and Reconstituted Pigment Protein Complexes of Purple Photosynthetic Bacteriardquo Open Workshop on Molecular Modified Electrodes for Clean Energy Conversion (2004 October 1) Panasonic Center Ariake Tokyo Japan

7 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on Materials Science and Nano-Engineering (2004 December 11-14) Osaka Univ Suita Osaka Japan

8 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto HA Frank RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet States of Carotenoids Having Shorter Conjugation Lengths Reconstituted into the Reaction Centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 Detected by Time-Resolved Absorption Spectroscopyrdquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

9 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner AW Roszak and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

10 H Hashimoto R Fujii K Yanagi A T Gardiner A W Roszak N W Issacs H A Frank and R J Cogdell ldquoStructures and functions of carotenoids bound to reaction centers from purple photosynthetic bacteriardquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17

11 R L Christensen H A Frank M Grace I Galinato E F Chu R Fujii and H Hashimoto ldquoThe optical spectroscopy of cis and trans polymers models for cis and trans carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

12 K Nakagawa R Fujii K Yanagi S Suzuki A T Gardiner R J Cogdell H Hashimoto and M Nango ldquoProbing the carotenoid in its biding site in a reconstituted light-harvesting complex 1 from the photosynthetic bacterium rhodospirillum rubrum with electroabsorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

13 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto and J-P Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8sim13 conjugated double bonds as determined by electro absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

14 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoExcitation energy dependence of relaxation kinetics and nonlinear optical responses in all-trans-carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

15 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto H A Frank R J Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet states of carotenoids having shorter conjugation lengths reconstituted into the reaction centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 detected by time-resolved absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

16 M Sugisaki K Yanagi R J Cogdell and H Hashimoto ldquoUltrafast coherent otical response in a β-carotene homologuerdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17 P Molnaacuter H Hashimoto G Toacuteth ldquoComparison of optical absorption- Raman- and FT-IR-spectroscopic data of several natural and semisynthetic (all-E)-carotenoisrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

18 R Nakamura P Wang R Fujii Y Koyama H Hashimoto and Y Kanematsu ldquoVibrational relaxation pathways in the electronic excited state of carotenoidrdquo 15th International Conference on Dynamical Processes in Exited States of Solids (2005 August 1-5) Shanghai China

19 H Hashimoto K Yanagi A T Gardiner A W Roszak and R J Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 6th International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors in Photosynthetic Organisms (2005 September 11-16) Lucerne Switzerland

学会研究会講演 1 赤井一郎中尾浩士鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「デンドリマー構造をもつ巨大分子の光励起ダイナミクスII」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

2 柳和宏AT GardinerRJ Cogdell橋本秀樹「光合成光反応中心複合体の電場変調吸収分光」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

3 佐島徳武楠本利行橋本秀樹「極性カロテノイド類のナノ秒時間分解吸収分光」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

4 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

5 小澄大輔橋本秀樹柳和宏小向牧人吉澤雅幸「フェムト秒分光を用いたカロテノイドのダイナミクスにおける励起光波長依存性」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

6 杉崎満佐島徳武杉田篤史橋本秀樹「極性カロテノイド類のフェムト秒分光 II」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

7 藤原正澄柳和宏丸山稔杉崎満黒柳和良高橋宏典青島紳一郎土屋裕橋本秀樹「N-benzyl MNA単結晶の二次非線型光学特性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

18

8 杉崎満柳和宏橋本秀樹「β-カロテンホモログ体における超高速光学応答」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

9 柳和宏杉崎満橋本秀樹「βカロテンホモログ体における電場変調吸収分光(II) 」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

10 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

11 小澄大輔小向牧人橋本秀樹吉澤雅幸「3準位電子系の超高速光学応答II波長可変励起光によるβ-カロテンの光誘起過渡吸収」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

12 丸山稔増田詩人「ファセット形成過程とラフ方位の曲率発展」第34回結晶成長国内会議 2004年8月25-27日 東京農工大学

13 Q WangY HanX WenP Hu廣田才之橋本秀樹「マウス免疫機能におけるカロテノイド類の効果」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

14 井上弘明本多由美子関本邦敏横山次郎上野隆嗣富田純史長田祥二橋本秀樹村越倫明廣田才之「ビタミンA欠乏系ラットに投与したカロフィルレッドカロフィルピンクの代謝の影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

15 吉澤雅幸小澄大輔小向牧人柳和宏橋本秀樹「共鳴および非共鳴励起によるβ-カロテンの初期緩和過程および超高速光学応答の研究」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

16 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「共役長が異なるカロテノイド類の超高速光学応答」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

17 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「短い共役鎖をもつカロテノイドの光保護作用－光反応中心複合体における三重項状態の検

出」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館 18 柳和宏橋本秀樹「βカロテンホモログ体の吸収スペクトルにあたえるexchange narrowingの影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

19 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「ポリエン共役長が異なるカロテノイド類の時間分解発光分光」日本物理学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス

20 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「光合成光反応中心複合体に再構築したカロテノイドへの三重項エネルギー移動」日本物理

学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス 21 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性Ⅱ」

22 A Cahoon M Maruyama and JS Wettlaufer ldquoGrowth-Melt Asymmetry in Icerdquo APS March Meeting March 21-25 2005 Los Angeles

解説 1 杉﨑 満ldquo測定法(8) ⎯顕微分光rdquo Optronics 11月号 (2004) pp180-188 2 橋本秀樹藤井律子杉﨑 満ldquo物質現象新技術(5) 有機バイオ-光合成アンテナ色素蛋白複合体カロテノイド超高速レーザー分光rdquo Optronics 5月号 (2005) pp159-169

その他 1 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント

19

制御」 2004年4月30日 立命館大学にて講演 2 橋本 秀樹「紅色光合成細菌の光反応中心及びコア複合体の構造」 2004年6月26日 「光合成細菌の色素系と反応中心に関するセミナーXII」（京都大学）にて講演

3 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント制御」 2004年7月23日 高エネルギー加速器研究機構にて講演

研究助成金取得状況 1 橋本 秀樹文部科学省萌芽研究「原子間力顕微鏡を用いた光合成アンテナ色素複合体超分子配置のイメージング」500万円

2 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(2)「人工光合成色素蛋白超分子複合体の動作機構の解明」1500万円

3 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(1)「カロテノイド励起状態中の振動緩和と光合成系におけるエネルギー伝達の研究」1500万円

4 橋本 秀樹NEDO国際共同研究プロジェクト「人工光合成アンテナとナノデバイス開発光合成アンテナ複合体の機能とナノデバイス開発のためのアンテナ複合体の組織化」

1500万円 5 橋本 秀樹科学技術振興機構さきがけ研究「光合成系の人為操作及び光反応制御」8000万円

6 橋本秀樹科学技術振興機構戦略的国際科学技術協力推進事業（日英協力）ナノ空間に配列させた光合成色素蛋白超分子複合体間における超高速励起エネルギー移動過程の

実時間動画撮影技術の確立」3000万円 7 杉﨑 満学術振興会若手研究(B)「光合成色素蛋白超分子複合体の単一分子超高速レーザー分光」50万円

8 杉﨑 満島津科学技術振興財団研究開発助成「青色極超短パルス光発生装置を用いた光合成コヒーレントプロセスの解明」80万円

海外出張および海外研修 1 橋本秀樹米国（Ventura Beach Marriottホテル）2004年1月3日～1月11日2004年度Gordon

Research Conference on Carotenoids への出席及び会議進行 2 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年6月5日～6月13日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

3 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年11月23日～12月3日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

4 橋本秀樹米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で集中講義コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

5 藤井律子米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で講義補助コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

その他 1 橋本秀樹日本物理学会 2003年度JPSJ編集委員 2 橋本秀樹日本カロテノイド研究会幹事役員Carotenoid Science編集委員長 3 橋本秀樹国際カロテノイド学会Council Member

20

素励 物理学研究室

坪田　誠　 教授

木　正人 講師

笠松　健一(PD)

R Hanninen(PD)

金本　理奈(PD)

西岡　圭太(D3)

小林未知数(D2)

三 　　 (D1)

星原　庸平(M1)

神野　大典(M1)

研究概要1 量子乱流のエネルギースペクトル（坪田小林）

　 年 流動乱流（量子乱流）と古典乱流の対応が注目されているボース凝縮の巨

視的波動関数が従うGross-Pitaevskii方程式の三次元数値 析を行い量子乱流が古

典乱流のもっとも代表的な統 則であるコルモゴロフ則を満たすことを示した 算は

全てフーリエ空間で行い大スケールの励 と小スケールの散逸を導入することで定

常乱流を作ったこれは古典乱流と同様のカスケード過程が量子乱流での存在すること

を示した初めての研究であるこの業績は読売新聞日経産業新聞で報道された

2 二成分ボース凝縮体のダイナミクスとテクスチャー（坪田笠松）

　前年度に引き続き二成分ボースアインシュタイン凝縮体に関する理論的研究を行い

２つの凝縮体の位相が結合した場合（内 ジョセフソン効果に相当）渦分子の形成を示

したまたスピンテクスチャーに関する研究を行った

3 交流 流動流れ場中の量子渦の運動（坪田Hanninen三 ）

　　　現在世界的に関心が持たれている振動細線によって作られる 流動乱流実験に関連

して簡単なピニングモデルによる交流流れ場中の量子渦の運動を調べた交流流れ

場の振動数に共鳴してケルビン波が励 され流れ場の強さを増すと多数の渦の再結

合および生成が こり実験結果と定性的に符合する結果を得た

4 回転下ボソン-フェルミオン混合状態（坪田金本）

　回転下の中性原子気体のボソン-フェルミオン混合状態の基底状態の研究を行い原

子間相互作用と回転振動数に応じてフェルミオンが様々な状態変化を行うことを明ら

かにしたこれらは量子ドット量子ホール効果に特徴的な状態を含みこれらの系

との興味深い対応を明らかにしている

5 ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体（坪田小林）

　バイコールグラスなどのナノスケールの多孔体に閉じ込められたヘリウム４を加圧し

た時に 流動- 流動の量子相転移が慶応大学のグループによって観測されたこ

の実験に関連して閉じ込めポテンシャル中の強相関ボース流体の研究を行いボース

凝縮体の局在に関する判定基準を新たに導入することで実験結果と定量的に良い一致

を得た

21

教育研究業績

学術論文

1 KKasamatsu MTsubota M Ueda ldquoVortex molecules in coherently coupled two-componentBose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev Lett 93 250406(1-4) (2004)

2 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of superfluid turbulence Numerical analysis of the Gross-Pitaevskii equation with a small-scale dissipationrdquo Phys Rev Lett 94 065302(1-4)(2005)

3 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoSymmetry breaking and enhanced condensate fraction in a matter-wave bright solitonrdquo Phys Rev Lett 94 090404(1-4)(2005)

4 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoSpin textures in rotating two-component Bose-Einsteincondensatesrdquo Phys Rev A71 043611(1-14)(2005)

5 K Kasamatsu M Machida N Sasa MTsubota ldquoThree-dimensional dynamics of vortex-latticeformation in Bose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev A71 063616(1-5) (2005)

6 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoVortices in Multicomponent Bose-Einstein CondensatesrdquoInt J Mod Phys B19 pp 1835-1904(2005) (Invited review article )

7 KKasamatsu MTsubota ldquoModulation Instability and Pattern Formation in Two-componentBose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 669-674(2005)

8 M Kobayashi MTsubota ldquoBose-Einstein Condensation and Superfluidity of Strongly Cor

related Bose Fluid in a Random Potentialrdquo J Low Temp Phys 138 pp189-194(2005)9 MTsubota K Kasamatsu ldquoDynamics of Quantized Vortices in Superfluid Helium and Rotating

Bose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 471-480(2005)10　R Hanninen A Mitani MTsubota ldquoSuperfluid 3He-B Vortex Simulations inside a Rotating

Cylinderrdquo J Low Temp Phys 138 pp 589-594(2005)11 R Kanamoto H Saito MTsubota M Ueda ldquoMany-Body Analysis of the Hess-Fairbank Effect

in One-Dimensional Bose-Einstein condensates with attractive interactions rdquo J Low TempPhys 138 pp 681-686(2005)

12 M Tsubota M Kobayashi ldquoKolmogorov spectrum of the Gross-Pitaevskii turbulencerdquo JPhysics and Chemistry of Solids 66 pp 1498-1500(2005)

13 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of quantum turbulence J Phys Soc Jpn 74pp 3248-3258 (2005)

14 K Nishioka M Suzuki ldquoDynamics of unidirectional exciton migration to the molecularperiphery in a photoexcited compact dendrimerrdquo J Chem Phys 122 024708(2005)

国際会議講演

1 MTsubotaldquoQuantized vortices in superfluid helium and Bose-Einstein condensates (Invited) The Third 21COE Symposium Astrophysics as Interdisciplinary Science Waseda Univeristy Tokyo Japan 2005 91-3

2 R Hanninen J Kopu EV Thuneberg MTsubota ldquoStability of Quantized Vortices UnderRotation Helically Twisted Vortex Bundlerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

3 AP Finne VB Eltsov G Eska R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoVortex Multiplication in Applied Flow the Precursor to Superfluid Turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

4 M Kobayashi ldquoInertial range of steady quantum turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

5 A Mitani ldquoCorrelation between Quantum Vortices and Eddies in Normal Fluid Turbulen

22

ce rdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005

8 18-206 M Tsubota M Kobayashi ldquoInertial Range and the Kolmogorov Spectrum of Quantum T

urbulencerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

7 AP Finne VB Eltsov R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoRelaxation of a Helical Vortex Clusterrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

8 VB Eltsov AP Finne R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoPropagation of Quantized Vorticity in a Rotating Columnrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

9 R Hanninen A Mitani and M Tsubota ldquoSimple Pinning Model for Vibrating Wire Turbulence in Superfluid Heliumrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

10 R Kanamoto M Tsubota ldquoEnergy Spectrum of Fermions in a Rotating Boson-Fermion Mixturerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

11 M Kobayashi M Tsubota ldquoLocalization of Bose-Einstein Condensation and Disappearance of Superfluidity of Strongly Correlated Bose fluid in a Confined Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

12 A Mitani R Hanninen M Tsubota ldquoCritical Velocity for Superfluid Turbulence at High Temperaturesrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics Universityof Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

13 H Takeuchi K Kasamatsu and M Tsubota ldquoVortex Structures in Rotating Two-component Bose-Einstein Condensates in an Anharmonic Trapping Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

14 M Tsubota ldquoQuantized vortices in Bose-Einstein condensatesrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

15 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoCenter-of-mass fluctuations in a matter-wave bright solitonrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

16 M Tsubota ldquoNumerical study of quantum turbulence (Invited)rdquo Conference on Vortex Rings and Filaments in Classical and Quantum Systems ICTP Trieste Italy 2005 6 6-8

17 M Tsubota ldquoWhat we can do from numerical studies (Invited)rdquo Workshop on New Experimental Techniques for the Study of Quantum Turbulence ICTP Trieste Italy 2005 6 9-10

学会研究会講演

1 小林未知数坪田誠「ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体におけるボース

凝縮の局在と 流動の消失」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

2 坪田誠「 流動ヘリウムおよび中性原子気体BECの量子流体力学」（招待講演） 日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

3 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転ボーズアインシュタイン凝縮系の3次

元渦糸シミュレーション」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

4 竹内宏光笠松健一坪田誠「 調和ポテンシャル中の回転2成分ボース凝縮体にお

23

ける渦構造」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

5 R Hanninen 三 坪田誠「Quantum turbulence around a vibrating wire」日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

6 　三 R Hanninen坪田誠「「速度に依存しない乱流遷移」は熱カウンター流で

も存在するか」日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

7 三 「 流動乱流と古典乱流の 似性相違性」第54回理論応用力学講演会（日

本学術会議 メカニクス構造研究連絡委員会主催）2005 1 25-27

8 三 「 流動ヘリウム中での乱流遷移」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱

流現象と力学系的縮約」2005 1 12-14

9 　小林未知数「量子流体における乱流現象とエネルギースペクトル Gross-Pitaevski

i方程式による 析」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱流現象と力学系的縮

約」2005 1 12-14

10 坪田誠「乱流の量子古典対応」（招待講演）九州大学応用力学研究所研究集会「乱

流研究の異分野融合と新たな創成」2005 6 16-18

11 　金本理奈坪田誠「回転ボースフェルミ混合系における量子渦とフェルミ原子の

相互作用」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

12 小林未知数坪田誠「Gross-Pitaevskii方程式による 流動乱流のエネルギースペ

クトルII」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

13 　三 坪田誠「常流体乱流中の量子渦ダイナミクスの統 的性 」日本物理学会

2005年秋季大会　同志社大学

14 　藤山将士R Hannienn坪田誠「量子渦糸と球状粒子の相互作用運動－ 流動乱

流の可視化に向けて」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

15 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転BEC系におけるエネルギー散逸と乱

流状態」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

学位論文

博士論文

1 西 岡 圭 太 「 樹 木 状 分 子 デ ン ド リ マ ー に お け る 振 動 エ ネ ル ギ ー 及び励 子の分子内移動ダイナミクス」

研究助成金取得状況1 坪田誠日本学術振興会基盤研究(B)「 流動ヘリウムおよび中性原子気体ボース凝

縮系における量子渦の物理」590万円

2 笠松健一日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

3 小林未知数日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

その他 1 坪田誠日本物理学会代議員

24

超高エネルギー研究室

川上三郎 教授 林 嘉夫 助教授 松山 利夫 技術職員(システム計測室)

小島 浩司 (D3) 田中 秀樹 (D3) 野中 敏幸 (D3) 大嶋 晃敏 (D1)

松本祐輔（M1） 松本慶一郎(M1) 清水伸明（M1） 奥田剛司（B4）

研究概要

1 宇宙粒子線による点源探索と加速機構の研究（川上林松山小島田中野中大嶋松本（慶）松本（祐）清水） インドデカン高原南部の Ootyでタタ基礎研究所との共同研究で表題の研究を行っ

ているこのために大規模空気シャワー観測装置の建設運転を継続中である現在

シンチレーション検出器（1m２）約 280台および４基のミューオン検出装置（合計 560m２＞1GeV）でデータ収集を行っておりデータを蓄積しつつ解析を進めている到来方向の角度精度の向上を図るために導入した粒子入射時刻較正システムを用いて較正を

行ったまた検出面積の拡張のためにファイバーを使った新しいシンチレーション検

出器 30台を製作し空気シャワーアレイに組み込んだこの様にして得られた空気シャワーの観測結果を解析した結果 1014～1015eV付近においては一次宇宙線の原子核組成が徐々に重い原子核が増加しているという新しい知見が得られたので学位論文（田中）

として公表した 2 太陽系近傍における宇宙線の異方性の研究（川上林松山小島田中野中大嶋 松本（慶）松本（祐）清水） Ootyの大規模空気シャワー観測装置の一部である４基のミューオン検出装置を用いて数十 GeVの一次宇宙線の時間変動を高精度で方向別に観測を続け約 3年間のデータの蓄積を得たこれらのデータの解析結果から太陽圏の周辺磁場の構造に関して重要な知

見が得られたので学位論文（小島）として公表した 3 L3+Cosmic実験（川上林） L3+C実験はＣＥＲＮ（ヨーロッパ高エネルギー物理学研究所）において LEP（Large Electron Collider）のＬ３実験で用いられた高エネルギーミューオンの運動量を精密に測定する装置を使用して宇宙線中の高エネルギーミューオン（15GeV～1TeV）の測定を行った実験装置 及び解析の結果は同研究所の L3C のホームページ

25

(httpl3cosmicscernch8000l3cwww)に紹介されている L3+C実験は完了していて現在はデータ解析とまとめが行われている解析の主なテーマとしては 1013ｅV～１0１６eVにおける一次宇宙線の化学的成分の測定50GeV～１TeVの大気ミューオンのエネルギースペクトラムミューオン荷電比月の影を利用した高

エネルギー宇宙線反陽子の強度観測太陽フレアに伴う GLE現象における高エネルギーミューオンの観測などが対象となっている解析の結果 20GeV～3000GeVの範囲の大気ミューオンについて高精度なエネルギースペクトラムが得られたのでそれを公表した

4 新しい日印宇宙線共同研究の検討（川上林） ヒマラヤのハンレーにおける高エネルギー宇宙線観測計画の可能性を調査検討する

ためにタタ研究所を訪れ今後の共同研究の進め方について議論を行ったその結果

出来るだけ早期に 3m口径のチェレンコフ望遠鏡を導入することが合意された 5宇宙線望遠鏡計画 (Telescope Array Project)（川上林田中野中松本（祐）松本（慶）清水奥田） 宇宙線望遠鏡計画は最高エネルギー領域（～＞1020eV）の宇宙線を広大な面積を持つ（～1000km2）空気シャワー観測装置をユタ州のミラード郡に設置し観測しようと

する計画である観測装置の建設には 4 年を要するこの宇宙線望遠鏡は空気シャワー観測装置としては世界最大であった AGASA（東京大学宇宙線研究所付属明野観にある超大空気シャワー観測装置現在は終了）の１０倍の規模を持ち統計精度の良いデータ

の収集が期待されている 地表検出器はシンチレーション検出器約 500 台を使用し主として大阪市立大学がこ

の部分の開発製作を担当しているこの他に大型の固定式蛍光望遠鏡３基により空

気シャワーが大気中を発達する様子を精密に測定し一次宇宙線の核種やエネルギーな

どを測定する平成 15年度から 6年間の予定で特定領域研究（科研費）が採択され東京大学宇宙線研究所を中心として多くの大学が参加しているエンジニアリングアレイ

として 20 台が製作されその内の 18 台が現地に展開され試験的にデータ収集を行う事が出来た

教育研究業績

学術論文 １PAchard SKGupta YHayashi SKawakami SCTonwar et al ldquoMeasurement of the atmospheric muon spectrum from 20 to 3000 GeVrdquo

Physics Letters B 598 15‒ 32 (2004) ２SKGupta YHayashi SKawakami HKojima TNonaka HTanaka SCTonwar

et al

26

ldquoGRAPES-3 A high-density air shower array for studies on the structure in the cosmic-ray energy spectrum near the kneerdquo

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 540 311-323 (2005)

学会研究会講演 日本物理学会 2004年秋季大会(2004年 9月) 高知大学 1 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（2） 2 川上三郎テレスコープアレイ計画 78地表検出器の総合試験の評価 日本物理学会 第 60回年次大会(2005年 3月) 東京理科大学 1 大嶋晃敏Ooty空気シャワー実験 20（検出器間の相対時刻較正Ⅳ） 2 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（3）

学位論文

博士論文 （Study of Cosmic Ray Sidereal Anisotropy with GRAPES-3 Muon

Telescopes） ( A Study of Nuclear Composition of Primary Cosmic Rays with GRAPES-3

Air Shower Experiment )

研究助成金取得状況

１ 林 嘉夫学術振興会基盤研究（B）（360万円） 「空気シャワーアレイ用粒子到来時刻較正システムによる角分解能向上の研究」 ２ 川上三郎学術振興会基盤研究Ｃ （50万円） 「大型ミューオンテレスコープによる太陽フレアと銀河宇宙線の異方性の研究」 ３川上三郎文部科学省特定研究 （10100万円） 「地表検出器の開発と AGASA検出器による較正」 ４川上三郎東京大学宇宙線研究所共同利用 （55万円） 「大型ミューオンテレスコープによる銀河宇宙線強度の観測」

海外出張および海外研修

１ 林 嘉夫インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と宇宙線化学組成の研究」 2004年8月7日－2004年10月5日

小島浩司 GRAPES-3 ミュオン望遠鏡による宇宙線恒星時異方性の研究 田中秀樹 GRAPES-3 空気シャワー実験による一次宇宙線原子核組成の研究

27

インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と

宇宙線化学組成の研究」2005年1月24日－2005年3月8日

２ 川上三郎インドタタ研究所インド天文物理学研究所 「新しい日印宇宙線共同研究についての打ち合わせ」2005年 1月 6日～17日

3川上三郎米国ユタ州ミラード郡 「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日

4奥田剛司米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作及び設置」 2004年 11月 15日～12月 23日 ５松山利夫米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日 ６大嶋晃敏インドタタ研究所 「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線

源と宇宙線化学組成の研究」 2004年9月16日－2005年1月10日

その他

1 川上三郎東京大学宇宙線研究所実施専門委員 2 川上三郎大阪大学附属核物理センター運営委員

28

高エネルギー物理学研究室

奥沢 徹 教授 清矢 良浩 助教授 山本 和弘 助手

平本 潤一(M2) 坂井 俊之(M2) 脇坂 隆之(M1)

東田 翼(B4)

研究概要 陽子反陽子衝突型加速器を用いた素粒子実験（奥沢清矢山本平本坂井脇坂） 米国フェルミ国立加速器研究所における日米協力研究の一環として陽子-反陽子衝突型加

速器テバトロンと汎用型素粒子検出器CDFを用いた実験を遂行したRun-Iのデータ収集は

すでに終了しており重心系衝突エネルギー18TeVにおいて積分ルミノシティ約109pbminus1の

データが蓄積されているそのデータを用いたヒッグス粒子の探索トップクォーク性質

の調査電弱相互作用の測定QCDの検証超対称性に関連する新粒子やR-Parityを破る現

象の探索などの実験の解析を行ってきたがそれら一連の解析は終了しつつある 本年度においても重心系衝突エネルギ

ー196TeV でのRun-IIデータ収集が順調

に継続中である加速器のビーム強度も本

年度は10倍以上に増強され積分ルミノシ

ティも2005 年3月現在で900pbminus1となった

この内磁気テープに保存されデータ解析

に使用可能な分が約700pbminus1となっている

(図1) この高統計データを用いたヒッグ

ス粒子の探索ボトムクォークやトップク

ォークの性質をさらに詳しく調べるため

の解析が精力的に進められ結果も出始め

ている（学術論文1-30)CDF Run-II検出

器の詳細については参考文献1を参照され

たい我々の研究室では本年度も検出器

各部の校正とデータ解析用の大容量ディ

スク装置の更なる整備を行い解析のため

の計算機能力増強が継続され主にヒッグス粒子やSUSY粒子探索を遂行している特に今

年度は中性ヒッグス粒子探索に於いて大きな進展があったのでここで紹介する 我々の研究室が担当しているヒッグス粒子の探索モードは 0 pp Wh WWW Xν νplusmn plusmnrarr rarr rarr (1)

というW ボゾン付随生成からのヒッグス粒子がWW へ崩壊し終状態に同符号の電荷を持つ

２つのレプトン(e または μ)が現れるというモードであるヒッグス粒子を除いた素粒子標

準模型ではこの「同符号電荷二重レプトン」という事象は非常に稀なため標準模型を越え

る素粒子探索には非常にシグナルノイズ比が良いという利点がある我々は2004年夏までに

蓄積された1935pbminus

1

図1CDFにおける積分ルミノシティ

1

cgt

のデータを用いて同符合電荷二重レプトンを持つ事象を選び出し様々

な吟味を加えた先ず種々の検出器からの応答からレプトンであるという同定を与えた後に

さらに２つのレプトンの横運動量 が p を満たすサンプルを集め

た結果得られた事象数は標準模型から得られる量と誤差の範囲で一致を見た特に図2

に示すようにヒッグス粒子に感度が高い領域(縦軸 が小さい方のレプトンの 横軸

２つのレプトン運動量のベクトル和の横成分)に於いて期待値095plusmn061(stat)plusmn018(s

yst)に対して検出数は0であったこのことから我々は

Tp 20 GeVTp cgt 6 GeVT

Tp Tp

0pp Whrarr の生成断面積と

の崩壊分岐比の積

0 h WWrarr0 0( ) (pp Wh Br h WWσ rarr sdot rarr ) に対する上限値を95の信頼度でハドロンコ

ライダーにおいて世界で始めて得ることに成功した(図3)(参考文献2) 論文は現在執筆中

である理論値に対してまだ２桁の開きがあるが現在さらに蓄積された1fbminus1のデータを解

29

析中であるまた図4は現在までにテバトロンで得られたヒッグス粒子探索全体の様子である

p0 20 40 60 80 100 120

0

10

20

30

40

50

60-11935 pbCDF Run II Preliminary

(GeVc)

eee

μμμμe

Expected 62plusmn 34

Region C

Expected 293plusmn 71Observed 30

Region B

Region A

Observed3

Expected 81plusmn 31Observed 12

Signal boxExpected 095plusmn 080Observed0

)2Higgs mass (GeVc

-11935 pbCDF Run II Preliminary

Cross section upper limit of WH signal

100 120 140 160 180 200100 120 140 160 180 20010

2

101

1

10

102

Observed 95 CL limit

SM higgs

Bosophilic higgs

図2最終的に得られた事象数に対する期待値との

比較

図3得られた断面積の上限値(95CL)と理論値と

の比較

10-2

10-1

1

10

110 120 130 140 150 160 170 180mH (GeV)

Tevatron Run II Preliminary

H WW() lνlνCDF 360 pb-1

H WW() lνlνD0 299-325 pb-1

SM gg H WW()

WH lνbbndash

CDF 319 pb-1

WH eνbbndash

D0 382 pb-1

SM WH Wbbndash

ZH ννndashbb

ndash

D0 261 pb-1

ZH ννndashbb

ndash

CDF 289 pb-1

SM ZH Zbbndash

WH WWWCDF 194 pb-1

WH WWWD0 363-384 pb-1

SM WH WWW

September 29 2005

図4現在までにTevatronで得られたヒッグス粒子探索の結果と理論予測

との比較 2 νμ―ντ振動実験（奥沢）

スイスジュネーブにある欧州共同利用原子核研究所(CERN)で行ったνμ―ντ振動実験の

解析を継続しているこの実験はニュートリノの質量の有無を調べることを主目的として

いる現在は原子核写乾板の画像解析もほぼ終了しているこの乾板中に記録された反応は

通常のν原子核反応としても扱えるのでこれを利用してチャームクォークの質量の精密計

測ν原子核反応前段面積の測定なども行っている（学術論文31-33）

30

図5シリコンマイクロストリップ飛跡検出器

Hダイバリオン及びペンタクォークの探索（山本） 高エネルギー加速器研究機構（つくば市）の陽子シンクロトロン施設においてK－ビームを

用いたΛΛ超重核探索実験(KEK-PS E373)のデータ解析作業を昨年度に引き続き進行中で

ある実験内容は昨年度の年次報告を参照されたい今年度はこれに加えて米国立ブルック

ヘブン研究所または現在茨城県東海村に建設中の文部科学省大強度陽子シンクロトロン施

設J-PARCで予定されている高統計の次期実験のためのシリコンマイクロストリップ飛跡検

出器の製作とテストを行った無事に実機の１号機(図5)は完成し宇宙線を使ったテストも

良好な結果を得ているまた同じく高エネルギ

ー加速器研究機構においてシンチレーティングフ

ァイバーブロック標的を用いたHダイバリオン共

鳴探索実験(KEK-PS E522)のデータ解析も続行

している（京都大学大阪大学東京理科大学

岐阜大学高エネルギー加速器研究機構との共同

研究）これはK－＋12CrarrΛ＋Λ＋K＋

3

＋X 反応を測

定しΛ＋Λ系の不変質量を再構成することによ

り(uuddss)の６クォーク状態と考えられているHダイバリオン共鳴状態を探索するものである以

前の実験でΛ＋Λ系の不変質量にピークらしいも

のが観測された(参考文献3)のを受けて高統計で

その真偽を確かめることを目的としている解析

は最終段階に入っておりプレリミナリな結果ではあるがやはり今回も理論で予測される

スペクトルよりも多少の超過が確認された(図6)この予想スペクトルに対する統計的優位性

は27σであるまたこの実験では同じセットアップを用いて π－＋prarrK－＋Θ＋rarrK－＋K＋＋n の反応を仮定してのペンタクォークΘ＋の探索も行われたΘ＋は( uudds )の５クォーク

状態として2003年に世界で始めて日本のSPring-8で発見され(参考文献4)その後ITEP(ロシ

ア)Jeffersonlab(米国)ELSA(ドイツ)等で追認され測定された質量は1530～1540MeVc

2である(参考文献567)しかしその多くがγ-核子反応からのものでハドロン反応での生

成はITEPでの泡箱写真解析による非常に少ない統計しかない状態であったので今回の

KEKでの実験となった入射π－の運動量は192GeVcであるデータ解析はp(π－K－)系でのmissing mass (喪失質量)を計算することで行いもし終状態に特定の粒子が出来ていれ

ばピークが立つはずである解析はほぼ終了しておりプレリミナリな結果として図7を得た

1530MeVc 2辺りにバンプが見られるバンプの中心値は1530 (stat) (syst)MeVc 2で

あるが統計的有意性は25σであり統計揺らぎの可能性も否定できないので今後のより

統計の高いデータが望まれる

+minus2219

+minus1913

Preliminary

図6ΛΛ不変質量分布 図7p(π－K－) 系の missing mass 分布

31

図8シンチレーティングファイバーブロック検出器で

得られたΣ＋p散乱の飛跡

4 ハイペロン－核子散乱断面積の測定（山本） これは山本が大学院時代から参加していた実験で今年度ようやくデータ解析が終了して

学術雑誌への発表も終わったのでその内容を紹介させて頂く核子－核子散乱データは今

日まで非常に多くの測定データが蓄積され

核子間相互作用の理解は非常に深まっている

がその反面同じバリオンであるΛΣ

Ξなどのハイペロンとの相互作用の研究は

その寿命の短さから来る実験データの少なさ

も相まって未だ発展途上にある言うまでも

ないがその先の目標はバリオン－バリオン

間相互作用の統一的理解であるそこで我々

は上記の3と同じ高エネルギー加速器研究機

構陽子シンクロトロン施設においてシンチ

レーティングファイバーブロック標的を用い

たΣ p 散乱断面積を求める実験を行い

(KEK-PS E289)そのデータ解析を行ってき

たΣ－p散乱に関しては既に発表済(参考文献

8)であるので今回はΣ＋p散乱の結果である

図8はシンチレーティングファイバーブロッ

ク標的で得られたΣ＋p散乱事象の例で実験

手法としては先ず167GeVc の入射π＋ビー

ムを使って得られた p(π＋K＋)Σ＋ 反応を探し出しそこでのΣ＋を今度は入射Σ＋ビーム

と見立てて陽子との散乱事象を測定するというものであるΣ＋の運動量が350MeVc ～750MeVc の範囲の断面積を求めたのもを図9に示す理論モデルとの比較においては

Nijmegenモデル(参考文献9)よりもRGMモデル(参考文献10)の方が近い結果を見せている

(学術論文34)

This work

(b)

This work

(a)f

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4u (cm) v (cm)

π+

K+

Σ+Σ+

pπ+

π+

K+

Σ+

Σ+

p

π+

図9Σ＋ｐrarrΣ＋ｐの弾性散乱断面積(a)Nijmegenモデルとの比較(b)RGMモデルとの比較 参考文献 1 DAcosta et al (CDF Collaboration) Phys Rev D 71 032001 (2005) 2 httpwww-cdffnalgovphysicsexoticr2a20041014lsdilep_whwww 3 J K Ahn et al (KEK-PS E224 Collaboration) Phys Lett B444 267 (1998) 4 T Nakano et al Phys Rev Lett 91 012002 (2003) 5 V V Barmin et al (DIANA Collaboration) PhysAtomNucl 66 1715 (2003) 6 V Kubarovsky et al (CLAS Collaboration) Phys Rev Lett 92 032001 (2004) 7 J Barth et al (SAPHIR Collaboration) Phys Lett B572 127 (2003) 8 Y Kondo et al (KEK-PS E289 Collaboration) Nucl Phys A676 371 (2000) 9 Th A Rijken V G J Stokes Y Yamamoto Phys Rev C 59 21 (1999) 10 Y Fujiwara K Miyagawa M Kohno Y Suzuki Phys Rev C 70 024001 (2004)

32

教育研究業績 学術論文 1 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Long-Lived Doubly-Charged

Higgs Bosons in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 071801 (2005)

2 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoFirst Evidence for 0sB φφrarr Decay and

Measurements of Branching Ration and A(CP) for B Kφ+ +rarr rdquo Phys Rev Lett 95 0 31801 (2005)

3 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Moments of the Hadronic Invariant Mass Distribution in Semileptonic B Decaysrdquo Phys Rev D 71 051103 (2005)

4 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Production Cross Section in

W W+ minus

pp Collisions at s = 196TeV using Dilepton Eventsrdquo Phys Rev Lett 94 211801 (2005)

5 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry from W eνrarr Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 051104 (2005)

6 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for ZZ and ZW Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 091105 (2005)

7 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the J ψ Meson and Hadron Production Cross Sections in

Bpp Collisions at s = 1960GeVrdquo Phys Rev D 71 032001

(2005)

8 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoAnalysis of Decay-Time Dependence of Angular Distributions in 0 SB J ψ φrarr and 0 d

0B J Kψrarr Decays and Measurement of the Lifetime Difference between Mass Eigenstatesrdquo Phys Rev Lett 94 101803 (2005) SB

9 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Cross Section for Prompt Diphoton Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 022003 (2005)

10 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Anomalous Kinematics in tt Dilepton Events at CDF IIrdquo Phys Rev Lett 95 022001 (2005)

11 K Hara T Okusawa K Yamamoto et al ldquoSensors for the CDF Run2B Silicon Detectorrdquo IEEE Trans Nucl Sci 51 1546-1554 (2004)

12 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurements of BB Azimuthal Production Correlations in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 092001 (2005)

13 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of the Boson Polarization in Top Decay at CDF at

Ws = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 031101 (2005) Erratum-ibid D 71 059901 (2005)

14 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry of Electron-Positron Pairs in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 052002 (2005)

15 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of Charged Particle Multiplicities in Gluon and Quark Jets in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev Lett 94 171802 (2005)

16 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Scalar Leptoquark Pairs Decaying to qqνν in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 112001 (2005) Erratum-ibid D 71 119901 (2005)

17 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Electroweak Single Top Quark Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 012005 (2005)

33

極めて高い効率でコアへ励起子が伝達するのが光捕集性デンドリマーの特徴であるそこで励起子伝達ダイナミクスにおいて分子振動が担う役割を明らかにするためデンドリマーの励起子伝達ダイナミクスの温度依存性を調べたその結果試料を冷却して溶媒が凍結するとコアへの励起子伝達効率が著しく低下することが明らかになったこの顕著な温度依存性は室温で熱励起されている光捕集性アンテナ芳香環のねじれ振動が励起子の伝達に大きく寄与していることを意味する(生体構造物性研究室ならびに信州大学繊維学部と共同研究)

5 デンドリマーにおける励起子伝達の世代空間形態依存性 (加藤 赤井 鐘本)

光捕集性デンドリマーの光捕集アンテナを光励起すると高効率にコアへ励起子が伝達する特徴がありその伝達量子効率は光捕集アンテナの枝分れ世代数や空間形態に大きく依存することが知られているしかしそれらの励起子伝達の物理的機構は未だ系統的に理解されていないそこで光捕集アンテナが結合できる結合手を 4つ持ったコア分子に2sim4世代の枝分れ光捕集アンテナを3箇所に選択的に結合させた 34-m thデンドリマー (m = 2 sim 4光捕集アンテナの枝分れ世代数)の励起子伝達ダイナミクスを調べたその結果励起子のコアへの伝達量子効率が枝別れ世代数mの増加と共に若干低下する傾向が明らかになった(物質分子系専攻機能化学研究室と共同研究)

6 CdxMn1minusxTeCdyMg1minusyTe半導体量子井戸中のMn2+内遷移と励起子遷移 (赤井)

CdTe半導体にMnをドープするとCdサイトにMn2+が置換され共有性結合を形成するこのMn2+には d5電子が存在しMnを高密度にドープしたCdxMn1minusxTeとバリア層半導体CdyMg1minusyTe で量子井戸構造を形成するとCdxMn1minusxTeのバンド間を基礎とした励起子遷移と共存してそれぞれ特徴的な光学遷移を与える我々は原子数比で 40以上のMn2+をでドープした試料について量子井戸励起子とMn2+中 d5電子内遷移の発光を量子井戸厚を変化させた試料について系統的に調べたその結果特に数Kのネール温度以下の低温において高密度ドープした結果隣り合ったMn2+の d電子間の反強磁性相互作用が顕著になりそれを示す発光を見出した(StPetersburg 大学と共同研究)

7 Cu2O薄膜結晶の励起子スペクトル (赤井)

Cu2Oの最低励起子状態である para励起子は光学禁制で長い寿命を持ち高密度に集約させられる可能性を持つことから励起子系のボーズアインシュタイン凝縮が期待されている系であるそこで我々は空間的に励起子を閉じ込めやすいようにCu2O粉末を 2枚のMgO単結晶板で挟んでその間にCu2Oを溶解浸透させて作成したCu2O薄膜結晶を用意しその光学応答を調べたその結果吸収スペクトルでは黄色と緑色シリーズの励起子遷移が観測された一方発光スペクトルでは3本に分裂した ortho励起子発光とそれらのフォノンサイドバンド発光が観測されたこの分裂はMgOに挟むことによってCu2O薄膜結晶が歪みを受け分裂したものと考えた(大阪府立大学と共同研究)

8 自己形成CdTe量子点の励起子スペクトル (赤井)

ホットウォール法でZnTe上に自己形成させたCdTe量子点の光学応答とその温度変化を調べたその結果CdTe量子点に閉じ込められた励起子による発光と共に結晶成長時にCdTe量子点とバリア層ZnTeの間に形成されるCdTeぬれ層に束

8

縛された励起子の発光が観測されたまた試料作成時にCdTeの仕込み量が少ないCdTe量子点ではCdTe量子点の励起子発光が大きく高エネルギーシフトしZnTeのバンドギャップ近傍に現れたこの励起子発光の大きなブルーシフトはCdTeの仕込み量の少ない試料においてCdTeと ZnTeの混晶ぬれ層が形成されその結果CdxZn1minusxTe混晶半導体の量子点が形成されているためと考えた(山梨大学と共同研究)

9 π共役高分子のFETデバイスで誘起されるキャリアの研究 (鐘本)

近年π共役高分子を用いて電界効果トランジスタ (FET)特性が実現されることが報告されその応用に向けた研究が盛んになされているπ共役高分子として層構造を示すポリチオフェン誘導体ならびに大気中で安定なポリフルオレン誘導体に対して実際にトランジスタ動作を確認したそのデバイスに対してトランジスタ動作で誘起されるキャリアを吸収分光でとらえる実験を行い近赤外領域で特徴的な信号を観測したその信号は化学酸化で得られるキャリアに比べて低エネルギー領域に信号を有することが確認され高分子鎖間で広がった状態がキャリアとして働いていることが示唆された(University of Cambridgeとの共同研究)

10 長鎖チオフェンオリゴマーのポーラロンダイナミクス (鐘本)

π共役高分子はドープ状態で高い導電性を示しそのキャリアとして電子スピンを有するポーラロンが重要視されているそれら高分子のモデル化合物として長鎖オリゴマーを用いてESR特性を調べた特にそのESRスペクトルは高周波 (36 GHz)の実験において一般によく用いられるXバンド領域 (9 GHz)と線型及び線幅が顕著に異なるスペクトルを与えたこのことはポーラロンの運動の様子を異なる時間尺度で観測できたことを反映しており今後解析していくことでポーラロンダイナミクスについて詳細な情報が得られることが期待される(分子科学研究所との共同研究)

教育研究業績学術論文

1 H Xie I Kinoshita T Karasawa K Kimura T Nishioka I Akai K KanemotoldquoStructure Study and Luminescence Thermochromism in Hexanuclear 6-Methyl-2-Pyridinethiolato Copper(I) Crystalsrdquo

J Phys Chem B 109 pp9339-9345 (2005)

2 I Akai K Harai K Kouno T Karasawa ldquoPhotocalorimetric study on nonradiative relaxation processes and photolumines-cence quantum yields in Alq3 single crystalsrdquo

J Lumin 108 pp11ndash14 (2004)

3 H Xie M Tougezaka S Oishi I Kinoshita K Kanemoto I Akai T Karasawa ldquoLuminescence processes of hexanuclear methylpyridinethiolato-copper (I) crystalsrdquo

J Lumin 108 pp91ndash95 (2004)

4 V F Agekyan Yu A Stepanov I Akai T Karasava L E Vorobev D A FirsovA E Zhukov V M Ustinov A Zeilmeyer S Shmidt S Hanna E ZibikldquoLuminescence of Stepped Quantum Wells in GaAsGaAlAs and

9

InGaAsGaAsGaAlAs StructuresrdquoSemiconductors 38 pp565ndash571 (2004)

5 A Ito H Ino Y Matsui Y Hirao K Tanaka K Kanemoto T Kato ldquoA Bindschedlerrsquos Green-Based Arylamine Its Polycations with High-Spin Multi-plicityrdquo

J Phys Chem A 108 pp5715ndash5720 (2004)

国際会議会議録

1 I Akai K Watanabe K Yamashita K Kanemoto T Karasawa H HashimotoldquoExciton Dynamics in CdTeZnTe Quantum Dots Grown by Hot-Wall Expitaxyrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

2 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M KimuraldquoRapid Energy Transfer in Light-Harvesting Small Dendrimersrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

学会研究会講演

1 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢 力橋本秀樹木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

I-19 pp73ndash76 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

2 岡田 明赤井 一郎鐘本 勝一唐沢 力橋本 秀樹木村 睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

I-21 pp81ndash83 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

3 大北 健児丹治 淳鐘本 勝一赤井 一郎唐沢 力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

II-24 pp93ndash96 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

4 謝 海燕峠坂雅美加藤 賢木下 勇鐘本勝一赤井一郎唐沢 力「ヘキサキスピリジンチオラト銅 (I)錯体結晶の発光特性 (II)」

III-66 pp261ndash264 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

5 赤井一郎 岡田明 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

12pXD-12 第 4分冊 pp643日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

6 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

13pPSA-21 第 4分冊 pp660日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

7 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学応答スペクトル II」

24aPS-44 第 4分冊 pp668日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

10

8 岡田明 赤井一郎 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

24aPS-98 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

9 加藤賢赤井一郎鐘本勝一唐沢力大橋正和篠田哲史築部浩「光捕集性 3世代 34デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクス」

24aPS-99 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

その他

1 唐沢　力 　物理学教室談話会（新入生歓迎）　　　　　　　　　「私たちの行っている研究」　

2 唐沢　力　高大連携活動　市大授業　（2004年 5月 1日）　　　　　　　　　「大学で学ぶ物理 - 物理の面白さと必然性」

学位論文修士論文

1 大北健児 「 半導体GaSe結晶における高密度励起子の縮退四光波混合スペクトル」ldquoSpectra of High-Density Excitons in Semiconductor GaSe Crystal by Degenerate-Four-Wave Mixing Methodrdquo

博士論文

1 謝 海燕「 銅 (I)-クラスターを中心とする新規複合錯体化合物結晶の光励起状態とその緩和過程」ldquoPhoto-Excited States and Thier Relaxation Processes of Novel Cu(I)-Cluster-DominatedCoordination Compound Crystalsrdquo

研究助成金取得状況

1 唐沢 力 (代表者) 赤井一郎 鐘本勝一 飯田 武 鈴木正人文部省科学研究費補助金 基盤研究 (B-2) (課題番号14340095)(H14 6200千円 H15 4500千円 H16 1200千円)「半導体中に光学的に生成された量子凝縮相のダイナミックス」

海外出張および海外研修

1 鐘本勝一 「有機高分子を用いた最先端デバイス技術の習得及びその動作機構の解明」

Cavendish Laboratory Cambridge University UK Mar 2004 - Mar 2005

2 赤井一郎 6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter

(EXCONrsquo04) Cracow Poland 6-9 July 2004

11

生体構造物性研究室

橋本 秀樹 教授 丸山 稔 講師 杉﨑 満 講師

佐島 徳武 (PD) 藤井 律子 (PD) 柳 和宏 (D3学振PD)

西尾 友宏 (M2) 清水 麻登香 (M2) 和泉 拓朗 (M1) 楠本 利行 (M1) 下中 奨三 (M1) 藤原 正澄 (M1) 鈴木 聡 (B4) 重信 明孝 (B4) 若竹 伸幸 (B4)

研究概要

1 サブ10フェムト秒時間分解分光計測システムの構築とフェムト秒時間領域分光（杉﨑佐島橋本） 光合成反応系は生命の40億年とも言われる歴史に基づく自然選択の摂理により改良されてきた天然のエネルギー変換システムであるこの反応系は人類がこれまで構築し

た如何なるシステムよりも遥に速い変換速度（lt 100フェムト秒）で高効率のエネルギー変換（～100）を行うと考えられているそのため光合成反応系の初期過程のメカニズムを明らかにすることは基礎物理的にも応用的にも非常に重要である近年レーザ

ー技術の進歩により市販のレーザーを用いることで100フェムト秒程度の超短パルスを比較的簡単に手に入れることが可能となったしかし光合成系の初期過程を明らかに

するためにはそれよりも更に一桁以上時間分解能の良い光源の開発が必要不可欠となる

そのため我々の研究室ではチタンサファイア再生増幅器からのレーザー光を2つに分け一方を自己位相変調により白色光もう一方をBBO結晶を用いて第二高調波を発生させこれらの光の非同軸光パラメトリック増幅を行うシステムを構築した 今年度はフェムト秒再生増幅装置を励起光源とする非同軸光パラメトリック増幅器

（NOPA）2台の性能最適化を行った我々の持つ全てのノウハウを傾注しプリズム対およびチャープ鏡対を併用したパルス圧縮を行うことにより可視波長域（500sim750 nm）において最短6フェムト秒のパルス幅を持つ「本当の」フェムト秒光パルスの安定発生を達成した同レーザー光を用いてポンププローブ時間分解吸収分光縮退４光波混合計

測システムを構築した本レーザー装置の出力スペクトルに合致する吸収帯を持つ試料と

して極性カロテノイドアナログ及び共役二重結合数15を持つマクロカロテン分子についての時間領域分光計測を行ったいずれの試料においても過渡吸収変化にimpulsive stimulated Raman processに由来するコヒーレント振動が重畳した信号が観測された比較的干満な時間変化を示す極性カロテノイドアナログの場合は適当な窓関数を設定して

フーリエ変換を行うことによりコヒーレントフォノンモードの周波数及び強度の時間変

化が観測できた励起状態の位相緩和時間に対応すると考えられるコヒーレントフォノン

モードの減衰の時定数としてsim1 psが得られたこの値は観測している励起状態の寿命（sim2 ps）の半分程度の値を示している超高速な緩和を示すマクロカロテン分子においても同様なコヒレーントフォノン信号の時間変化が観測されたしかしながら本試料の場合

は時間領域に現れるコヒーレント振動が時間と共に変化する大変興味深い様相が確認さ

れたフーリエ変換を用いた従来どおりの解析はコヒーレント振動の時間変化が無い場

合に限り適応可能である上述の観測結果は単純なフーリエ解析の限界を打破する新た

な解析手法の創出が必須である事を示唆しているマクロカロテン分子に関してはポン

ププローブ分光の他４光波混合を用いた予備的な実験も行った

12

2 光合成光反応中心複合体におけるカロテノイドの構造安定化（橋本）

光合成系における機能発現には複数の光合成色素（カロテノイド及びクロロフィル）

がアポタンパク質により形成される反応場の中で空間的に規則正しく配列した色素蛋白

超分子複合体構造が密接に関係している特に光捕集光保護構造安定にはカロテノ

イド色素が重要な役割を果たしているこれまでに紅色光合成細菌Rhodobacter (Rb) sphaeroidesを中心に光保護作用に関する研究が数多くなされてきたこれはRb sphaeroidesがX線構造解析により蛋白の構造が解明されていることまたカロテノイド欠損株R-261と所望のカロテノイドを用いることにより人工の光反応中心を再構成できることなど興味深い研究の場を与えてくれることに起因するしかしながら光反応中

心に再構成されたカロテノイドが天然の物と同じ位置に取り込まれるかという最も基本

的かつ本質的な問題についてはこれまで明らかにされていなかった英国グラスゴー大

学及び米国コネチカット大学との共同研究によりRb sphaeroides R261の光反応中心にspheroideneや34-dihydrospheroideneを再構成した試料について高分解能X線構造解析を行ったその結果カロテノイドのバインディングサイトを明らかにすると共にフェニル

アラニンM162が門番の役目となりカロテノイドが一方向からのみ光反応中心に取り込まれていくという興味深い結果を得た更にトリプトファンM75が鍵の役目となりカロテノイドと水素結合することにより構造の安定化がなされていることを明らかにした

得られた結果を学術雑誌（Structure）にて公表した

3 アナログカロテノイドを再構築した光反応中心複合体の電場変調吸収分光（柳西尾清水橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と系外から有機合成により調製したアナログカロテノイドを再構築した人工のRCの電場変調吸収分光測定（室温及び低温）を行ったカロテノイド分子の有無により周囲に存在するバクテリオクロロフィル分子周辺の静電環境にどのような差異が生じる

のかを初めて定量化した室温（生理温度）で測定した場合カロテノイド分子から16 Aring離れて存在するスペシャルペアバクテリオクロロフィル分子の周辺の静電場にカロテノ

イド分子の有無により10 程度もの差異が生じることを明らかにした得られた成果を学術雑誌（J Phys Chem B）にて公表した

4 アナログカロテノイドを天然のアポ蛋白質に再構築した人工の光合成光反応中心複合体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本西尾橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と有機合成により調製した一連の共役鎖長を持つアナログカロテノイドを再構築した人工のRCのナノ秒時間分解吸収スペクトル測定を行った得られた吸収スペクトルデータのセットに対して特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを適用するこ

とにより極微弱な吸収スペクトル変化を精度良く検出することに成功した再構成RCに関する従来の研究では共役二重結合数（N）が9より少ないカロテノイドを再構築した場合光保護作用の発現のために必須のカロテノイドの三重項状態の生成が全く検出さ

れなかったが今回の我々の実験によりN=8およびN=9のカロテノイドを再構築したRCおいてもカロテノイドのT1 rarr Tn吸収スペクトルが観測できたこの結果はカロテノイ

ドの光保護作用の発現機構に関して従来概念を覆す画期的な成果であると考えられる 5 光合成膜中でのアンテナ色素蛋白複合体の超分子配置のその場観察（下中清水藤井橋本） 光合成細菌の光合成系は二種類のアンテナ色素蛋白複合体（LH1及びLH2）と光反応

中心（RC）の3つの色素蛋白複合体が有機的に結合した超分子配置を形成することにより生理機能を発現している平坦な光合成膜を持つ紅色光合成細菌Blc viridisから調製した

13

光合成膜試料に焦点を絞り画像計測の物差しを作成することを目的として研究を行った

Blc viridisにはアンテナ複合体としてLH1複合体のみしか存在しないことが知られている透過型電子顕微鏡（TEM）を用いた観測によりLH1複合体の直径10 nmに対応する環状の構造体が細密充填構造を取り配列している画像を取得した得られた画像をフーリエ変

換することにより三角格子構造を示唆する良好な回折パターンを得た回折点以外の余

分な成分を除去し逆フーリエ変換を行うことによりRC-LH1コア複合体の良好な画像を得ることに成功したこの画像データに対して統計処理を行ったところ環状構造体

の直径は98 plusmn 04 nm で分布しておりその中心にRCに対応する構造が観測されることからこの環状構造体がLH1複合体に帰属できることが明確となったまた各LH1リングは細密充填構造を取り配列しているが再隣接距離は約2 nm程度離れていることが明らかになった 単離生成したRC-LH1コア複合体をリン脂質二重層膜（Egg-PC）に再構築する方法を

確立したTEMを用いた観察（フーリエ解析）により再構成直後の人工光合成膜ではコア複合体は細密充填構造を取らず比較的ランダムに配列していた同試料の温度を上

下することで細密充填構造へ導けることが明らかになったこの結果はコア複合体の超

分子配列が制御可能であることを示唆しているコア複合体を再構築した人工光合成膜に

さらに他の種類の光合成細菌由来のLH2複合体を再構築した「本当の」人工光合成膜を作成すべく条件出し及びTEMによるその場観察を行っている

6 極性カロテノイドの同族体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本佐島橋本）

all-trans-レチナールと13-インダンジオンを縮合した2-all-trans-レチニリンデン-13-インダンジオン（RetInd）のTHF溶液に対して三重項増感励起によるナノ秒時間分解吸収分光測定を行った特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを用いたデータ解

析を行うことによりジカチオン状態に帰属できる過渡吸収バンドが特定できたカロテ

ノイド類ではTHFのような溶媒系（非重溶媒）でのラジカル生成は報告されておらずしかも三重項増感励起の際に見つかったこの特異な現象はカロテノイド（共役ポリエン

系）の電子構造を探索する上で重要な知見を与えていることが期待される

7 LH1アンテナ複合体の再構築とその電場変調吸収分光（鈴木藤井柳橋本） 紅色光合成細菌Rhodospirillum rubrumから共役二重結合鎖n = 13のカロテノイド（all-trans-spirilloxanthin）を単離精製した単離したカロテノイドをTriton X-100ミセル中でカロテノイドを除去したB880色素蛋白複合体の単量体サブユニットと再会合することによりRs rubrum LH1複合体を人為的に再構築した吸収スペクトル蛍光励起スペクトルおよび電場変調吸収スペクトルを測定することで再構成体と天然由来のLH1複合体についての比較検討を行ったLH1 complex再構成体はB880吸収帯が3 nm短波長シフトしている点とカロテノイド部分の振動構造がより明瞭になっている点を除けば天然体

と基本的に同様な吸収スペクトルを与えた蛍光励起スペクトルの測定によりカロテノ

イドからバクテリオクロロフィルへの励起エネルギー移動効率を決定したところ天然

LH1では35であったのに対し再構成LH1はこれより有意に高い40の効率を与えた電場変調吸収分光測定によってLH1複合体中のカロテノイド及びバクテリオクロロフィル分子の非線形光学パラメータ（光誘起分極率変化∆α光誘起双極子モーメント変化∆micro）を決定したところバクテリオクロロフィル分子では天然体と再構成体とで同様の値を与

えるのに対してカロテノイド分子では大きな差異が検出されたこの結果は再構成LH1複合体中のカロテノイド分子周辺の静電的環境が天然 LH1の場合とは明らかに異なっていることを示している電場変調吸収分光法は再構成体の構造に関して有意な情報を与

える分光学的手法であることが明らかになった 8 非線形光学材料の性能向上を目指した計測と評価（藤原丸山橋本）

大出力テラヘルツ電磁波（THz波）発生を実現するための有機非線形光学材料の性能評

14

価について種々の分光計測法を適用することにより多角的に検討を行った具体的な測

定対象となる有機非線形材料としては既に良好なTHz波発生が確認できている2-メチル-4-ニトロアニリン（MNA）誘導体について検討した 様々な置換基を有するN置換MNA誘導体の大量合成を行ったブリッジマン炉を用いた

融液からの結晶成長とゾーン精製による純化を行いこれらMNA誘導体からの良質な単結晶の作成を目指して勢力的に研究を展開した特に単結晶試料の透明性を追求し種々

の条件だしを行った得られた結晶の面方位はX線ラウエ法により評価した 結晶の2次非線形光学定数（dテンソル）の測定を行うための装置を作成して稼働し各

MNA誘導体結晶のdテンソル成分の相対値を決定したdテンソルの決定には第二高調波発生法を採用しその励起光源としてはNdYAGレーザーの基本波（1064 nm）を用いた結晶試料は回転ステージ上に固定し励起光の偏光（p偏光およびs偏光）に対して任意角度に回転角を設定できるようにした原理的に全部で27個あるdテンソル成分に関して結晶構造および結晶内における分子配置を考慮することにより測定結果をシミュレーシ

ョンするコンピュータプログラムの開発も平行して行った 以上の研究を通じて1）光学的に良質で大型のBNA単結晶の成長に成功した2）dテンソルの成分比を実験的に検証しdZZZ成分の異常な増大を観測した3）dZZZの異常な増

大は超分子クラスターを考えることで定性的に説明可能であることを明らかにした4）結晶中の水素結合によって形成されるネットワークがdテンソルに大きく影響を与える事を明らかにした目標である良質で大きな有機非線形光学結晶の開発と二次非線形感受

率テンソルの決定等の結晶面方位に即した物性評価をすることができ当初の計画を十分

満足する研究成果が得られた 9 氷六角板結晶の成長と融解の間に生じる非対称なパターン形成（丸山）

結晶にはミクロな構造的異方性があるために特定の方位の結晶面のみがマクロな結晶

外形を構成するすなわち成長形は成長速度の遅い方位の平面によって融解形は融解

速度の速い面によって囲まれるという法則がある両者は違った形になることが予測さ

れるがその関係をきちんと調べた例はほとんどないそこで氷と水の圧力下共存系を

対象にして系の温度を下げながら氷を成長させ温度を上げながら氷を融解させた得

られた成長形はプリズム面と基底面で囲まれた六角板状であるのに対して融解形は六角

形の角から優先的に解け出して定常状態では逆六角形を示したすなわち成長形が30度回転した相似形になったただしこれら六面はわずかに曲がったラフ方位の曲面である

従来融解形は角ばった先端から解け始め丸い定常形に落ち着くものと考えられていた

界面での成長融解の素過程を考慮した数理モデルを作ってこの非対称変化を定性的に

説明した 教育研究業績 学術論文 1 K Yanagi H Hashimoto AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the LH2

complex from Rhodobacter sphaeroides G1C frequency and temperature dependencerdquo J Phys Chem B 108 10334-10339 (2004)

2 H Hashimoto K Yanagi M Yoshizawa D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoThe Very Early Events Following Photoexcitation of Carotenoidsrdquo Arch Biochem Biophys 430 61-69 (2004)

3 H Hashimoto T Sashima K Yanagi and M Yoshizawa ldquoUltrafast Relaxation Processes of Photosynthetic Carotenoidsrdquo Rev Laser Engineer 32 701-710 (2004)

4 RJ Cogdell H Hashimoto and AT Gardiner ldquoPurple Bacterial Light-Harvesting Complexes

15

From Dreams to Structuresrdquo Photosynth Res 80 173-179 (2004) 5 W Wohlleben T Buckup H Hashimoto RJ Cogdell JL Herek and M Motzkus

ldquoPump-deplete-probe spectroscopy and the puzzle of carotenoid dark statesrdquo J Phys Chem B 108 3320-3325 (2004)

6 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of the inhomogeneous band-broadening on the nonlinear optical properties of hydrazonesrdquo Phys Rev B69 205103 (2004)

7 AW Roszak K McKendrick AT Gardiner IA Mitchell NW Isaacs RJ Cogdell H Hashimoto and HA Frank ldquoProtein Regulation of Carotenoid Binding Gatekeeper and Locking Amino Acid Residues in Reaction Centers of Rhodobacter sphaeroidesrdquo Structure 12 (2004) 765-773

8 T Nakajima H Nagasawa M Maruyama T Komatsu J Nelson ldquoMacroscopic crystallization of nanocrystals into supercrystalsrdquo Jpn J Appl Phys 43 1102-1103 (2004)

9 D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri K Yanagi H Hashimoto RJ Cogdell ldquoConjugation length dependence of internal conversion in carotenoids Role of the intermediate staterdquo Phys Rev Lett 93 163002 (2004)

10 D Kosumi H Hashimoto and M Yoshizawa ldquoPump Wavelength Dependence of Ultrafast Relaxation Kinetics in β-Carotenerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 29-31

11 RJ Cogdell H Hashimoto K Yanagi D Polli G Cerullo G Lanzani and S de Silvestri ldquoExcited Singlet States of Carotenoids and Their Involvement in Photosynthetic Light-Harvestingrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 60

12 S Hirota H Inoue A Teteishi H Hashimoto Y Tomita M Murakoshi T Nigo K Sekimoto J Yokoyama and H Funayama ldquoAssessment of Conjunctival Impression Cytology (CIC) Method of Beta-carotene and Canthaxanthin Fed Vitamin A Deficient Ratsrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 43-45

13 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of carotenoid on electrostatic environment around the bacteriochlorophyll special pair in the reaction center of the urple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 26-28

14 T Sashima I Matsuda K Misawa S Koshiara and H Hashimoto ldquoThe Control of Photoisomerization of All-Trans Retinal by Using Chirped Femtosecond Laser-Pulsesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 24-25

15 M Sugisaki T Sashima K Yanagi A Sugita and H Hashimoto ldquoStationary and Transient Optical Absorption Measurements in Polar Retinoid Analoguerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 20-23

16 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell H Hashimoto ldquoElectroabsorption spectroscopy of β-carotene homologs Anomalous enhancement of ∆micrordquo Phys Rev B71 195118 (2005)

17 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto JP Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8-13 conjugated double bonds as determined by electronic absorption spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 410 108-114 (2005)

18 D Kosumi K Yanagi T Nishio H Hashimoto M Yoshizawa ldquoExcitation energy dependence of excited states dynamics in all-trans-carotenes determined by femtosecond absorption and fluorescence spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 408 89-95 (2005)

19 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M Kimura ldquoRapid energy transfer in light-harvesting small dendrimersrdquo J Lumin 112 449-453 (2005)

20 K Kanemoto M Shishido T Sudo I Akai H Hashimoto T Karasawa ldquoConcentration-dependence of photoluminescence properties in polythiophene diluted in an inactive polymer matrixrdquo Chem Phys Lett 402 549-553 (2005)

21 K Yanagi M Shimizu H Hashimoto AT Gardiner AW Roszak RJ Cogdell ldquoLocal electrostatic field induced by the carotenoid bound to the reaction center of the purple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo J Phys Chem B 109 992-998 (2005)

22 M Maruyama ldquoRoughening transition of prism faces of ice crystals grown from melt under pressurerdquo J Crystal Growth 275 598-605 (2005)

国際会議会議録

16

1 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

2 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 363-367

3 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

国際会議講演 1 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and

reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

2 RJ Cogdell AT Gardiner S Prince TD Howard M Papiz H Hahsimoto K Yanagi HA Frank AW Roszak and NW Isaacs ldquoThe organisation of carotenoids in purple bacterial antenna complexes and reaction centres analysis of structure and functionrdquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

3 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

4 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

5 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

6 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoMolecular Architecture of Native and Reconstituted Pigment Protein Complexes of Purple Photosynthetic Bacteriardquo Open Workshop on Molecular Modified Electrodes for Clean Energy Conversion (2004 October 1) Panasonic Center Ariake Tokyo Japan

7 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on Materials Science and Nano-Engineering (2004 December 11-14) Osaka Univ Suita Osaka Japan

8 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto HA Frank RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet States of Carotenoids Having Shorter Conjugation Lengths Reconstituted into the Reaction Centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 Detected by Time-Resolved Absorption Spectroscopyrdquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

9 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner AW Roszak and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

10 H Hashimoto R Fujii K Yanagi A T Gardiner A W Roszak N W Issacs H A Frank and R J Cogdell ldquoStructures and functions of carotenoids bound to reaction centers from purple photosynthetic bacteriardquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17

11 R L Christensen H A Frank M Grace I Galinato E F Chu R Fujii and H Hashimoto ldquoThe optical spectroscopy of cis and trans polymers models for cis and trans carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

12 K Nakagawa R Fujii K Yanagi S Suzuki A T Gardiner R J Cogdell H Hashimoto and M Nango ldquoProbing the carotenoid in its biding site in a reconstituted light-harvesting complex 1 from the photosynthetic bacterium rhodospirillum rubrum with electroabsorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

13 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto and J-P Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8sim13 conjugated double bonds as determined by electro absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

14 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoExcitation energy dependence of relaxation kinetics and nonlinear optical responses in all-trans-carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

15 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto H A Frank R J Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet states of carotenoids having shorter conjugation lengths reconstituted into the reaction centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 detected by time-resolved absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

16 M Sugisaki K Yanagi R J Cogdell and H Hashimoto ldquoUltrafast coherent otical response in a β-carotene homologuerdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17 P Molnaacuter H Hashimoto G Toacuteth ldquoComparison of optical absorption- Raman- and FT-IR-spectroscopic data of several natural and semisynthetic (all-E)-carotenoisrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

18 R Nakamura P Wang R Fujii Y Koyama H Hashimoto and Y Kanematsu ldquoVibrational relaxation pathways in the electronic excited state of carotenoidrdquo 15th International Conference on Dynamical Processes in Exited States of Solids (2005 August 1-5) Shanghai China

19 H Hashimoto K Yanagi A T Gardiner A W Roszak and R J Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 6th International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors in Photosynthetic Organisms (2005 September 11-16) Lucerne Switzerland

学会研究会講演 1 赤井一郎中尾浩士鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「デンドリマー構造をもつ巨大分子の光励起ダイナミクスII」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

2 柳和宏AT GardinerRJ Cogdell橋本秀樹「光合成光反応中心複合体の電場変調吸収分光」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

3 佐島徳武楠本利行橋本秀樹「極性カロテノイド類のナノ秒時間分解吸収分光」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

4 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

5 小澄大輔橋本秀樹柳和宏小向牧人吉澤雅幸「フェムト秒分光を用いたカロテノイドのダイナミクスにおける励起光波長依存性」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

6 杉崎満佐島徳武杉田篤史橋本秀樹「極性カロテノイド類のフェムト秒分光 II」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

7 藤原正澄柳和宏丸山稔杉崎満黒柳和良高橋宏典青島紳一郎土屋裕橋本秀樹「N-benzyl MNA単結晶の二次非線型光学特性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

18

8 杉崎満柳和宏橋本秀樹「β-カロテンホモログ体における超高速光学応答」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

9 柳和宏杉崎満橋本秀樹「βカロテンホモログ体における電場変調吸収分光(II) 」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

10 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

11 小澄大輔小向牧人橋本秀樹吉澤雅幸「3準位電子系の超高速光学応答II波長可変励起光によるβ-カロテンの光誘起過渡吸収」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

12 丸山稔増田詩人「ファセット形成過程とラフ方位の曲率発展」第34回結晶成長国内会議 2004年8月25-27日 東京農工大学

13 Q WangY HanX WenP Hu廣田才之橋本秀樹「マウス免疫機能におけるカロテノイド類の効果」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

14 井上弘明本多由美子関本邦敏横山次郎上野隆嗣富田純史長田祥二橋本秀樹村越倫明廣田才之「ビタミンA欠乏系ラットに投与したカロフィルレッドカロフィルピンクの代謝の影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

15 吉澤雅幸小澄大輔小向牧人柳和宏橋本秀樹「共鳴および非共鳴励起によるβ-カロテンの初期緩和過程および超高速光学応答の研究」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

16 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「共役長が異なるカロテノイド類の超高速光学応答」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

17 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「短い共役鎖をもつカロテノイドの光保護作用－光反応中心複合体における三重項状態の検

出」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館 18 柳和宏橋本秀樹「βカロテンホモログ体の吸収スペクトルにあたえるexchange narrowingの影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

19 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「ポリエン共役長が異なるカロテノイド類の時間分解発光分光」日本物理学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス

20 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「光合成光反応中心複合体に再構築したカロテノイドへの三重項エネルギー移動」日本物理

学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス 21 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性Ⅱ」

22 A Cahoon M Maruyama and JS Wettlaufer ldquoGrowth-Melt Asymmetry in Icerdquo APS March Meeting March 21-25 2005 Los Angeles

解説 1 杉﨑 満ldquo測定法(8) ⎯顕微分光rdquo Optronics 11月号 (2004) pp180-188 2 橋本秀樹藤井律子杉﨑 満ldquo物質現象新技術(5) 有機バイオ-光合成アンテナ色素蛋白複合体カロテノイド超高速レーザー分光rdquo Optronics 5月号 (2005) pp159-169

その他 1 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント

19

制御」 2004年4月30日 立命館大学にて講演 2 橋本 秀樹「紅色光合成細菌の光反応中心及びコア複合体の構造」 2004年6月26日 「光合成細菌の色素系と反応中心に関するセミナーXII」（京都大学）にて講演

3 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント制御」 2004年7月23日 高エネルギー加速器研究機構にて講演

研究助成金取得状況 1 橋本 秀樹文部科学省萌芽研究「原子間力顕微鏡を用いた光合成アンテナ色素複合体超分子配置のイメージング」500万円

2 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(2)「人工光合成色素蛋白超分子複合体の動作機構の解明」1500万円

3 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(1)「カロテノイド励起状態中の振動緩和と光合成系におけるエネルギー伝達の研究」1500万円

4 橋本 秀樹NEDO国際共同研究プロジェクト「人工光合成アンテナとナノデバイス開発光合成アンテナ複合体の機能とナノデバイス開発のためのアンテナ複合体の組織化」

1500万円 5 橋本 秀樹科学技術振興機構さきがけ研究「光合成系の人為操作及び光反応制御」8000万円

6 橋本秀樹科学技術振興機構戦略的国際科学技術協力推進事業（日英協力）ナノ空間に配列させた光合成色素蛋白超分子複合体間における超高速励起エネルギー移動過程の

実時間動画撮影技術の確立」3000万円 7 杉﨑 満学術振興会若手研究(B)「光合成色素蛋白超分子複合体の単一分子超高速レーザー分光」50万円

8 杉﨑 満島津科学技術振興財団研究開発助成「青色極超短パルス光発生装置を用いた光合成コヒーレントプロセスの解明」80万円

海外出張および海外研修 1 橋本秀樹米国（Ventura Beach Marriottホテル）2004年1月3日～1月11日2004年度Gordon

Research Conference on Carotenoids への出席及び会議進行 2 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年6月5日～6月13日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

3 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年11月23日～12月3日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

4 橋本秀樹米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で集中講義コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

5 藤井律子米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で講義補助コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

その他 1 橋本秀樹日本物理学会 2003年度JPSJ編集委員 2 橋本秀樹日本カロテノイド研究会幹事役員Carotenoid Science編集委員長 3 橋本秀樹国際カロテノイド学会Council Member

20

素励 物理学研究室

坪田　誠　 教授

木　正人 講師

笠松　健一(PD)

R Hanninen(PD)

金本　理奈(PD)

西岡　圭太(D3)

小林未知数(D2)

三 　　 (D1)

星原　庸平(M1)

神野　大典(M1)

研究概要1 量子乱流のエネルギースペクトル（坪田小林）

　 年 流動乱流（量子乱流）と古典乱流の対応が注目されているボース凝縮の巨

視的波動関数が従うGross-Pitaevskii方程式の三次元数値 析を行い量子乱流が古

典乱流のもっとも代表的な統 則であるコルモゴロフ則を満たすことを示した 算は

全てフーリエ空間で行い大スケールの励 と小スケールの散逸を導入することで定

常乱流を作ったこれは古典乱流と同様のカスケード過程が量子乱流での存在すること

を示した初めての研究であるこの業績は読売新聞日経産業新聞で報道された

2 二成分ボース凝縮体のダイナミクスとテクスチャー（坪田笠松）

　前年度に引き続き二成分ボースアインシュタイン凝縮体に関する理論的研究を行い

２つの凝縮体の位相が結合した場合（内 ジョセフソン効果に相当）渦分子の形成を示

したまたスピンテクスチャーに関する研究を行った

3 交流 流動流れ場中の量子渦の運動（坪田Hanninen三 ）

　　　現在世界的に関心が持たれている振動細線によって作られる 流動乱流実験に関連

して簡単なピニングモデルによる交流流れ場中の量子渦の運動を調べた交流流れ

場の振動数に共鳴してケルビン波が励 され流れ場の強さを増すと多数の渦の再結

合および生成が こり実験結果と定性的に符合する結果を得た

4 回転下ボソン-フェルミオン混合状態（坪田金本）

　回転下の中性原子気体のボソン-フェルミオン混合状態の基底状態の研究を行い原

子間相互作用と回転振動数に応じてフェルミオンが様々な状態変化を行うことを明ら

かにしたこれらは量子ドット量子ホール効果に特徴的な状態を含みこれらの系

との興味深い対応を明らかにしている

5 ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体（坪田小林）

　バイコールグラスなどのナノスケールの多孔体に閉じ込められたヘリウム４を加圧し

た時に 流動- 流動の量子相転移が慶応大学のグループによって観測されたこ

の実験に関連して閉じ込めポテンシャル中の強相関ボース流体の研究を行いボース

凝縮体の局在に関する判定基準を新たに導入することで実験結果と定量的に良い一致

を得た

21

教育研究業績

学術論文

1 KKasamatsu MTsubota M Ueda ldquoVortex molecules in coherently coupled two-componentBose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev Lett 93 250406(1-4) (2004)

2 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of superfluid turbulence Numerical analysis of the Gross-Pitaevskii equation with a small-scale dissipationrdquo Phys Rev Lett 94 065302(1-4)(2005)

3 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoSymmetry breaking and enhanced condensate fraction in a matter-wave bright solitonrdquo Phys Rev Lett 94 090404(1-4)(2005)

4 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoSpin textures in rotating two-component Bose-Einsteincondensatesrdquo Phys Rev A71 043611(1-14)(2005)

5 K Kasamatsu M Machida N Sasa MTsubota ldquoThree-dimensional dynamics of vortex-latticeformation in Bose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev A71 063616(1-5) (2005)

6 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoVortices in Multicomponent Bose-Einstein CondensatesrdquoInt J Mod Phys B19 pp 1835-1904(2005) (Invited review article )

7 KKasamatsu MTsubota ldquoModulation Instability and Pattern Formation in Two-componentBose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 669-674(2005)

8 M Kobayashi MTsubota ldquoBose-Einstein Condensation and Superfluidity of Strongly Cor

related Bose Fluid in a Random Potentialrdquo J Low Temp Phys 138 pp189-194(2005)9 MTsubota K Kasamatsu ldquoDynamics of Quantized Vortices in Superfluid Helium and Rotating

Bose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 471-480(2005)10　R Hanninen A Mitani MTsubota ldquoSuperfluid 3He-B Vortex Simulations inside a Rotating

Cylinderrdquo J Low Temp Phys 138 pp 589-594(2005)11 R Kanamoto H Saito MTsubota M Ueda ldquoMany-Body Analysis of the Hess-Fairbank Effect

in One-Dimensional Bose-Einstein condensates with attractive interactions rdquo J Low TempPhys 138 pp 681-686(2005)

12 M Tsubota M Kobayashi ldquoKolmogorov spectrum of the Gross-Pitaevskii turbulencerdquo JPhysics and Chemistry of Solids 66 pp 1498-1500(2005)

13 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of quantum turbulence J Phys Soc Jpn 74pp 3248-3258 (2005)

14 K Nishioka M Suzuki ldquoDynamics of unidirectional exciton migration to the molecularperiphery in a photoexcited compact dendrimerrdquo J Chem Phys 122 024708(2005)

国際会議講演

1 MTsubotaldquoQuantized vortices in superfluid helium and Bose-Einstein condensates (Invited) The Third 21COE Symposium Astrophysics as Interdisciplinary Science Waseda Univeristy Tokyo Japan 2005 91-3

2 R Hanninen J Kopu EV Thuneberg MTsubota ldquoStability of Quantized Vortices UnderRotation Helically Twisted Vortex Bundlerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

3 AP Finne VB Eltsov G Eska R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoVortex Multiplication in Applied Flow the Precursor to Superfluid Turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

4 M Kobayashi ldquoInertial range of steady quantum turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

5 A Mitani ldquoCorrelation between Quantum Vortices and Eddies in Normal Fluid Turbulen

22

ce rdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005

8 18-206 M Tsubota M Kobayashi ldquoInertial Range and the Kolmogorov Spectrum of Quantum T

urbulencerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

7 AP Finne VB Eltsov R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoRelaxation of a Helical Vortex Clusterrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

8 VB Eltsov AP Finne R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoPropagation of Quantized Vorticity in a Rotating Columnrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

9 R Hanninen A Mitani and M Tsubota ldquoSimple Pinning Model for Vibrating Wire Turbulence in Superfluid Heliumrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

10 R Kanamoto M Tsubota ldquoEnergy Spectrum of Fermions in a Rotating Boson-Fermion Mixturerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

11 M Kobayashi M Tsubota ldquoLocalization of Bose-Einstein Condensation and Disappearance of Superfluidity of Strongly Correlated Bose fluid in a Confined Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

12 A Mitani R Hanninen M Tsubota ldquoCritical Velocity for Superfluid Turbulence at High Temperaturesrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics Universityof Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

13 H Takeuchi K Kasamatsu and M Tsubota ldquoVortex Structures in Rotating Two-component Bose-Einstein Condensates in an Anharmonic Trapping Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

14 M Tsubota ldquoQuantized vortices in Bose-Einstein condensatesrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

15 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoCenter-of-mass fluctuations in a matter-wave bright solitonrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

16 M Tsubota ldquoNumerical study of quantum turbulence (Invited)rdquo Conference on Vortex Rings and Filaments in Classical and Quantum Systems ICTP Trieste Italy 2005 6 6-8

17 M Tsubota ldquoWhat we can do from numerical studies (Invited)rdquo Workshop on New Experimental Techniques for the Study of Quantum Turbulence ICTP Trieste Italy 2005 6 9-10

学会研究会講演

1 小林未知数坪田誠「ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体におけるボース

凝縮の局在と 流動の消失」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

2 坪田誠「 流動ヘリウムおよび中性原子気体BECの量子流体力学」（招待講演） 日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

3 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転ボーズアインシュタイン凝縮系の3次

元渦糸シミュレーション」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

4 竹内宏光笠松健一坪田誠「 調和ポテンシャル中の回転2成分ボース凝縮体にお

23

ける渦構造」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

5 R Hanninen 三 坪田誠「Quantum turbulence around a vibrating wire」日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

6 　三 R Hanninen坪田誠「「速度に依存しない乱流遷移」は熱カウンター流で

も存在するか」日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

7 三 「 流動乱流と古典乱流の 似性相違性」第54回理論応用力学講演会（日

本学術会議 メカニクス構造研究連絡委員会主催）2005 1 25-27

8 三 「 流動ヘリウム中での乱流遷移」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱

流現象と力学系的縮約」2005 1 12-14

9 　小林未知数「量子流体における乱流現象とエネルギースペクトル Gross-Pitaevski

i方程式による 析」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱流現象と力学系的縮

約」2005 1 12-14

10 坪田誠「乱流の量子古典対応」（招待講演）九州大学応用力学研究所研究集会「乱

流研究の異分野融合と新たな創成」2005 6 16-18

11 　金本理奈坪田誠「回転ボースフェルミ混合系における量子渦とフェルミ原子の

相互作用」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

12 小林未知数坪田誠「Gross-Pitaevskii方程式による 流動乱流のエネルギースペ

クトルII」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

13 　三 坪田誠「常流体乱流中の量子渦ダイナミクスの統 的性 」日本物理学会

2005年秋季大会　同志社大学

14 　藤山将士R Hannienn坪田誠「量子渦糸と球状粒子の相互作用運動－ 流動乱

流の可視化に向けて」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

15 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転BEC系におけるエネルギー散逸と乱

流状態」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

学位論文

博士論文

1 西 岡 圭 太 「 樹 木 状 分 子 デ ン ド リ マ ー に お け る 振 動 エ ネ ル ギ ー 及び励 子の分子内移動ダイナミクス」

研究助成金取得状況1 坪田誠日本学術振興会基盤研究(B)「 流動ヘリウムおよび中性原子気体ボース凝

縮系における量子渦の物理」590万円

2 笠松健一日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

3 小林未知数日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

その他 1 坪田誠日本物理学会代議員

24

超高エネルギー研究室

川上三郎 教授 林 嘉夫 助教授 松山 利夫 技術職員(システム計測室)

小島 浩司 (D3) 田中 秀樹 (D3) 野中 敏幸 (D3) 大嶋 晃敏 (D1)

松本祐輔（M1） 松本慶一郎(M1) 清水伸明（M1） 奥田剛司（B4）

研究概要

1 宇宙粒子線による点源探索と加速機構の研究（川上林松山小島田中野中大嶋松本（慶）松本（祐）清水） インドデカン高原南部の Ootyでタタ基礎研究所との共同研究で表題の研究を行っ

ているこのために大規模空気シャワー観測装置の建設運転を継続中である現在

シンチレーション検出器（1m２）約 280台および４基のミューオン検出装置（合計 560m２＞1GeV）でデータ収集を行っておりデータを蓄積しつつ解析を進めている到来方向の角度精度の向上を図るために導入した粒子入射時刻較正システムを用いて較正を

行ったまた検出面積の拡張のためにファイバーを使った新しいシンチレーション検

出器 30台を製作し空気シャワーアレイに組み込んだこの様にして得られた空気シャワーの観測結果を解析した結果 1014～1015eV付近においては一次宇宙線の原子核組成が徐々に重い原子核が増加しているという新しい知見が得られたので学位論文（田中）

として公表した 2 太陽系近傍における宇宙線の異方性の研究（川上林松山小島田中野中大嶋 松本（慶）松本（祐）清水） Ootyの大規模空気シャワー観測装置の一部である４基のミューオン検出装置を用いて数十 GeVの一次宇宙線の時間変動を高精度で方向別に観測を続け約 3年間のデータの蓄積を得たこれらのデータの解析結果から太陽圏の周辺磁場の構造に関して重要な知

見が得られたので学位論文（小島）として公表した 3 L3+Cosmic実験（川上林） L3+C実験はＣＥＲＮ（ヨーロッパ高エネルギー物理学研究所）において LEP（Large Electron Collider）のＬ３実験で用いられた高エネルギーミューオンの運動量を精密に測定する装置を使用して宇宙線中の高エネルギーミューオン（15GeV～1TeV）の測定を行った実験装置 及び解析の結果は同研究所の L3C のホームページ

25

(httpl3cosmicscernch8000l3cwww)に紹介されている L3+C実験は完了していて現在はデータ解析とまとめが行われている解析の主なテーマとしては 1013ｅV～１0１６eVにおける一次宇宙線の化学的成分の測定50GeV～１TeVの大気ミューオンのエネルギースペクトラムミューオン荷電比月の影を利用した高

エネルギー宇宙線反陽子の強度観測太陽フレアに伴う GLE現象における高エネルギーミューオンの観測などが対象となっている解析の結果 20GeV～3000GeVの範囲の大気ミューオンについて高精度なエネルギースペクトラムが得られたのでそれを公表した

4 新しい日印宇宙線共同研究の検討（川上林） ヒマラヤのハンレーにおける高エネルギー宇宙線観測計画の可能性を調査検討する

ためにタタ研究所を訪れ今後の共同研究の進め方について議論を行ったその結果

出来るだけ早期に 3m口径のチェレンコフ望遠鏡を導入することが合意された 5宇宙線望遠鏡計画 (Telescope Array Project)（川上林田中野中松本（祐）松本（慶）清水奥田） 宇宙線望遠鏡計画は最高エネルギー領域（～＞1020eV）の宇宙線を広大な面積を持つ（～1000km2）空気シャワー観測装置をユタ州のミラード郡に設置し観測しようと

する計画である観測装置の建設には 4 年を要するこの宇宙線望遠鏡は空気シャワー観測装置としては世界最大であった AGASA（東京大学宇宙線研究所付属明野観にある超大空気シャワー観測装置現在は終了）の１０倍の規模を持ち統計精度の良いデータ

の収集が期待されている 地表検出器はシンチレーション検出器約 500 台を使用し主として大阪市立大学がこ

の部分の開発製作を担当しているこの他に大型の固定式蛍光望遠鏡３基により空

気シャワーが大気中を発達する様子を精密に測定し一次宇宙線の核種やエネルギーな

どを測定する平成 15年度から 6年間の予定で特定領域研究（科研費）が採択され東京大学宇宙線研究所を中心として多くの大学が参加しているエンジニアリングアレイ

として 20 台が製作されその内の 18 台が現地に展開され試験的にデータ収集を行う事が出来た

教育研究業績

学術論文 １PAchard SKGupta YHayashi SKawakami SCTonwar et al ldquoMeasurement of the atmospheric muon spectrum from 20 to 3000 GeVrdquo

Physics Letters B 598 15‒ 32 (2004) ２SKGupta YHayashi SKawakami HKojima TNonaka HTanaka SCTonwar

et al

26

ldquoGRAPES-3 A high-density air shower array for studies on the structure in the cosmic-ray energy spectrum near the kneerdquo

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 540 311-323 (2005)

学会研究会講演 日本物理学会 2004年秋季大会(2004年 9月) 高知大学 1 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（2） 2 川上三郎テレスコープアレイ計画 78地表検出器の総合試験の評価 日本物理学会 第 60回年次大会(2005年 3月) 東京理科大学 1 大嶋晃敏Ooty空気シャワー実験 20（検出器間の相対時刻較正Ⅳ） 2 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（3）

学位論文

博士論文 （Study of Cosmic Ray Sidereal Anisotropy with GRAPES-3 Muon

Telescopes） ( A Study of Nuclear Composition of Primary Cosmic Rays with GRAPES-3

Air Shower Experiment )

研究助成金取得状況

１ 林 嘉夫学術振興会基盤研究（B）（360万円） 「空気シャワーアレイ用粒子到来時刻較正システムによる角分解能向上の研究」 ２ 川上三郎学術振興会基盤研究Ｃ （50万円） 「大型ミューオンテレスコープによる太陽フレアと銀河宇宙線の異方性の研究」 ３川上三郎文部科学省特定研究 （10100万円） 「地表検出器の開発と AGASA検出器による較正」 ４川上三郎東京大学宇宙線研究所共同利用 （55万円） 「大型ミューオンテレスコープによる銀河宇宙線強度の観測」

海外出張および海外研修

１ 林 嘉夫インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と宇宙線化学組成の研究」 2004年8月7日－2004年10月5日

小島浩司 GRAPES-3 ミュオン望遠鏡による宇宙線恒星時異方性の研究 田中秀樹 GRAPES-3 空気シャワー実験による一次宇宙線原子核組成の研究

27

インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と

宇宙線化学組成の研究」2005年1月24日－2005年3月8日

２ 川上三郎インドタタ研究所インド天文物理学研究所 「新しい日印宇宙線共同研究についての打ち合わせ」2005年 1月 6日～17日

3川上三郎米国ユタ州ミラード郡 「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日

4奥田剛司米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作及び設置」 2004年 11月 15日～12月 23日 ５松山利夫米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日 ６大嶋晃敏インドタタ研究所 「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線

源と宇宙線化学組成の研究」 2004年9月16日－2005年1月10日

その他

1 川上三郎東京大学宇宙線研究所実施専門委員 2 川上三郎大阪大学附属核物理センター運営委員

28

高エネルギー物理学研究室

奥沢 徹 教授 清矢 良浩 助教授 山本 和弘 助手

平本 潤一(M2) 坂井 俊之(M2) 脇坂 隆之(M1)

東田 翼(B4)

研究概要 陽子反陽子衝突型加速器を用いた素粒子実験（奥沢清矢山本平本坂井脇坂） 米国フェルミ国立加速器研究所における日米協力研究の一環として陽子-反陽子衝突型加

速器テバトロンと汎用型素粒子検出器CDFを用いた実験を遂行したRun-Iのデータ収集は

すでに終了しており重心系衝突エネルギー18TeVにおいて積分ルミノシティ約109pbminus1の

データが蓄積されているそのデータを用いたヒッグス粒子の探索トップクォーク性質

の調査電弱相互作用の測定QCDの検証超対称性に関連する新粒子やR-Parityを破る現

象の探索などの実験の解析を行ってきたがそれら一連の解析は終了しつつある 本年度においても重心系衝突エネルギ

ー196TeV でのRun-IIデータ収集が順調

に継続中である加速器のビーム強度も本

年度は10倍以上に増強され積分ルミノシ

ティも2005 年3月現在で900pbminus1となった

この内磁気テープに保存されデータ解析

に使用可能な分が約700pbminus1となっている

(図1) この高統計データを用いたヒッグ

ス粒子の探索ボトムクォークやトップク

ォークの性質をさらに詳しく調べるため

の解析が精力的に進められ結果も出始め

ている（学術論文1-30)CDF Run-II検出

器の詳細については参考文献1を参照され

たい我々の研究室では本年度も検出器

各部の校正とデータ解析用の大容量ディ

スク装置の更なる整備を行い解析のため

の計算機能力増強が継続され主にヒッグス粒子やSUSY粒子探索を遂行している特に今

年度は中性ヒッグス粒子探索に於いて大きな進展があったのでここで紹介する 我々の研究室が担当しているヒッグス粒子の探索モードは 0 pp Wh WWW Xν νplusmn plusmnrarr rarr rarr (1)

というW ボゾン付随生成からのヒッグス粒子がWW へ崩壊し終状態に同符号の電荷を持つ

２つのレプトン(e または μ)が現れるというモードであるヒッグス粒子を除いた素粒子標

準模型ではこの「同符号電荷二重レプトン」という事象は非常に稀なため標準模型を越え

る素粒子探索には非常にシグナルノイズ比が良いという利点がある我々は2004年夏までに

蓄積された1935pbminus

1

図1CDFにおける積分ルミノシティ

1

cgt

のデータを用いて同符合電荷二重レプトンを持つ事象を選び出し様々

な吟味を加えた先ず種々の検出器からの応答からレプトンであるという同定を与えた後に

さらに２つのレプトンの横運動量 が p を満たすサンプルを集め

た結果得られた事象数は標準模型から得られる量と誤差の範囲で一致を見た特に図2

に示すようにヒッグス粒子に感度が高い領域(縦軸 が小さい方のレプトンの 横軸

２つのレプトン運動量のベクトル和の横成分)に於いて期待値095plusmn061(stat)plusmn018(s

yst)に対して検出数は0であったこのことから我々は

Tp 20 GeVTp cgt 6 GeVT

Tp Tp

0pp Whrarr の生成断面積と

の崩壊分岐比の積

0 h WWrarr0 0( ) (pp Wh Br h WWσ rarr sdot rarr ) に対する上限値を95の信頼度でハドロンコ

ライダーにおいて世界で始めて得ることに成功した(図3)(参考文献2) 論文は現在執筆中

である理論値に対してまだ２桁の開きがあるが現在さらに蓄積された1fbminus1のデータを解

29

析中であるまた図4は現在までにテバトロンで得られたヒッグス粒子探索全体の様子である

p0 20 40 60 80 100 120

0

10

20

30

40

50

60-11935 pbCDF Run II Preliminary

(GeVc)

eee

μμμμe

Expected 62plusmn 34

Region C

Expected 293plusmn 71Observed 30

Region B

Region A

Observed3

Expected 81plusmn 31Observed 12

Signal boxExpected 095plusmn 080Observed0

)2Higgs mass (GeVc

-11935 pbCDF Run II Preliminary

Cross section upper limit of WH signal

100 120 140 160 180 200100 120 140 160 180 20010

2

101

1

10

102

Observed 95 CL limit

SM higgs

Bosophilic higgs

図2最終的に得られた事象数に対する期待値との

比較

図3得られた断面積の上限値(95CL)と理論値と

の比較

10-2

10-1

1

10

110 120 130 140 150 160 170 180mH (GeV)

Tevatron Run II Preliminary

H WW() lνlνCDF 360 pb-1

H WW() lνlνD0 299-325 pb-1

SM gg H WW()

WH lνbbndash

CDF 319 pb-1

WH eνbbndash

D0 382 pb-1

SM WH Wbbndash

ZH ννndashbb

ndash

D0 261 pb-1

ZH ννndashbb

ndash

CDF 289 pb-1

SM ZH Zbbndash

WH WWWCDF 194 pb-1

WH WWWD0 363-384 pb-1

SM WH WWW

September 29 2005

図4現在までにTevatronで得られたヒッグス粒子探索の結果と理論予測

との比較 2 νμ―ντ振動実験（奥沢）

スイスジュネーブにある欧州共同利用原子核研究所(CERN)で行ったνμ―ντ振動実験の

解析を継続しているこの実験はニュートリノの質量の有無を調べることを主目的として

いる現在は原子核写乾板の画像解析もほぼ終了しているこの乾板中に記録された反応は

通常のν原子核反応としても扱えるのでこれを利用してチャームクォークの質量の精密計

測ν原子核反応前段面積の測定なども行っている（学術論文31-33）

30

図5シリコンマイクロストリップ飛跡検出器

Hダイバリオン及びペンタクォークの探索（山本） 高エネルギー加速器研究機構（つくば市）の陽子シンクロトロン施設においてK－ビームを

用いたΛΛ超重核探索実験(KEK-PS E373)のデータ解析作業を昨年度に引き続き進行中で

ある実験内容は昨年度の年次報告を参照されたい今年度はこれに加えて米国立ブルック

ヘブン研究所または現在茨城県東海村に建設中の文部科学省大強度陽子シンクロトロン施

設J-PARCで予定されている高統計の次期実験のためのシリコンマイクロストリップ飛跡検

出器の製作とテストを行った無事に実機の１号機(図5)は完成し宇宙線を使ったテストも

良好な結果を得ているまた同じく高エネルギ

ー加速器研究機構においてシンチレーティングフ

ァイバーブロック標的を用いたHダイバリオン共

鳴探索実験(KEK-PS E522)のデータ解析も続行

している（京都大学大阪大学東京理科大学

岐阜大学高エネルギー加速器研究機構との共同

研究）これはK－＋12CrarrΛ＋Λ＋K＋

3

＋X 反応を測

定しΛ＋Λ系の不変質量を再構成することによ

り(uuddss)の６クォーク状態と考えられているHダイバリオン共鳴状態を探索するものである以

前の実験でΛ＋Λ系の不変質量にピークらしいも

のが観測された(参考文献3)のを受けて高統計で

その真偽を確かめることを目的としている解析

は最終段階に入っておりプレリミナリな結果ではあるがやはり今回も理論で予測される

スペクトルよりも多少の超過が確認された(図6)この予想スペクトルに対する統計的優位性

は27σであるまたこの実験では同じセットアップを用いて π－＋prarrK－＋Θ＋rarrK－＋K＋＋n の反応を仮定してのペンタクォークΘ＋の探索も行われたΘ＋は( uudds )の５クォーク

状態として2003年に世界で始めて日本のSPring-8で発見され(参考文献4)その後ITEP(ロシ

ア)Jeffersonlab(米国)ELSA(ドイツ)等で追認され測定された質量は1530～1540MeVc

2である(参考文献567)しかしその多くがγ-核子反応からのものでハドロン反応での生

成はITEPでの泡箱写真解析による非常に少ない統計しかない状態であったので今回の

KEKでの実験となった入射π－の運動量は192GeVcであるデータ解析はp(π－K－)系でのmissing mass (喪失質量)を計算することで行いもし終状態に特定の粒子が出来ていれ

ばピークが立つはずである解析はほぼ終了しておりプレリミナリな結果として図7を得た

1530MeVc 2辺りにバンプが見られるバンプの中心値は1530 (stat) (syst)MeVc 2で

あるが統計的有意性は25σであり統計揺らぎの可能性も否定できないので今後のより

統計の高いデータが望まれる

+minus2219

+minus1913

Preliminary

図6ΛΛ不変質量分布 図7p(π－K－) 系の missing mass 分布

31

図8シンチレーティングファイバーブロック検出器で

得られたΣ＋p散乱の飛跡

4 ハイペロン－核子散乱断面積の測定（山本） これは山本が大学院時代から参加していた実験で今年度ようやくデータ解析が終了して

学術雑誌への発表も終わったのでその内容を紹介させて頂く核子－核子散乱データは今

日まで非常に多くの測定データが蓄積され

核子間相互作用の理解は非常に深まっている

がその反面同じバリオンであるΛΣ

Ξなどのハイペロンとの相互作用の研究は

その寿命の短さから来る実験データの少なさ

も相まって未だ発展途上にある言うまでも

ないがその先の目標はバリオン－バリオン

間相互作用の統一的理解であるそこで我々

は上記の3と同じ高エネルギー加速器研究機

構陽子シンクロトロン施設においてシンチ

レーティングファイバーブロック標的を用い

たΣ p 散乱断面積を求める実験を行い

(KEK-PS E289)そのデータ解析を行ってき

たΣ－p散乱に関しては既に発表済(参考文献

8)であるので今回はΣ＋p散乱の結果である

図8はシンチレーティングファイバーブロッ

ク標的で得られたΣ＋p散乱事象の例で実験

手法としては先ず167GeVc の入射π＋ビー

ムを使って得られた p(π＋K＋)Σ＋ 反応を探し出しそこでのΣ＋を今度は入射Σ＋ビーム

と見立てて陽子との散乱事象を測定するというものであるΣ＋の運動量が350MeVc ～750MeVc の範囲の断面積を求めたのもを図9に示す理論モデルとの比較においては

Nijmegenモデル(参考文献9)よりもRGMモデル(参考文献10)の方が近い結果を見せている

(学術論文34)

This work

(b)

This work

(a)f

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4u (cm) v (cm)

π+

K+

Σ+Σ+

pπ+

π+

K+

Σ+

Σ+

p

π+

図9Σ＋ｐrarrΣ＋ｐの弾性散乱断面積(a)Nijmegenモデルとの比較(b)RGMモデルとの比較 参考文献 1 DAcosta et al (CDF Collaboration) Phys Rev D 71 032001 (2005) 2 httpwww-cdffnalgovphysicsexoticr2a20041014lsdilep_whwww 3 J K Ahn et al (KEK-PS E224 Collaboration) Phys Lett B444 267 (1998) 4 T Nakano et al Phys Rev Lett 91 012002 (2003) 5 V V Barmin et al (DIANA Collaboration) PhysAtomNucl 66 1715 (2003) 6 V Kubarovsky et al (CLAS Collaboration) Phys Rev Lett 92 032001 (2004) 7 J Barth et al (SAPHIR Collaboration) Phys Lett B572 127 (2003) 8 Y Kondo et al (KEK-PS E289 Collaboration) Nucl Phys A676 371 (2000) 9 Th A Rijken V G J Stokes Y Yamamoto Phys Rev C 59 21 (1999) 10 Y Fujiwara K Miyagawa M Kohno Y Suzuki Phys Rev C 70 024001 (2004)

32

教育研究業績 学術論文 1 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Long-Lived Doubly-Charged

Higgs Bosons in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 071801 (2005)

2 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoFirst Evidence for 0sB φφrarr Decay and

Measurements of Branching Ration and A(CP) for B Kφ+ +rarr rdquo Phys Rev Lett 95 0 31801 (2005)

3 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Moments of the Hadronic Invariant Mass Distribution in Semileptonic B Decaysrdquo Phys Rev D 71 051103 (2005)

4 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Production Cross Section in

W W+ minus

pp Collisions at s = 196TeV using Dilepton Eventsrdquo Phys Rev Lett 94 211801 (2005)

5 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry from W eνrarr Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 051104 (2005)

6 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for ZZ and ZW Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 091105 (2005)

7 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the J ψ Meson and Hadron Production Cross Sections in

Bpp Collisions at s = 1960GeVrdquo Phys Rev D 71 032001

(2005)

8 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoAnalysis of Decay-Time Dependence of Angular Distributions in 0 SB J ψ φrarr and 0 d

0B J Kψrarr Decays and Measurement of the Lifetime Difference between Mass Eigenstatesrdquo Phys Rev Lett 94 101803 (2005) SB

9 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Cross Section for Prompt Diphoton Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 022003 (2005)

10 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Anomalous Kinematics in tt Dilepton Events at CDF IIrdquo Phys Rev Lett 95 022001 (2005)

11 K Hara T Okusawa K Yamamoto et al ldquoSensors for the CDF Run2B Silicon Detectorrdquo IEEE Trans Nucl Sci 51 1546-1554 (2004)

12 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurements of BB Azimuthal Production Correlations in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 092001 (2005)

13 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of the Boson Polarization in Top Decay at CDF at

Ws = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 031101 (2005) Erratum-ibid D 71 059901 (2005)

14 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry of Electron-Positron Pairs in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 052002 (2005)

15 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of Charged Particle Multiplicities in Gluon and Quark Jets in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev Lett 94 171802 (2005)

16 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Scalar Leptoquark Pairs Decaying to qqνν in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 112001 (2005) Erratum-ibid D 71 119901 (2005)

17 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Electroweak Single Top Quark Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 012005 (2005)

33

縛された励起子の発光が観測されたまた試料作成時にCdTeの仕込み量が少ないCdTe量子点ではCdTe量子点の励起子発光が大きく高エネルギーシフトしZnTeのバンドギャップ近傍に現れたこの励起子発光の大きなブルーシフトはCdTeの仕込み量の少ない試料においてCdTeと ZnTeの混晶ぬれ層が形成されその結果CdxZn1minusxTe混晶半導体の量子点が形成されているためと考えた(山梨大学と共同研究)

9 π共役高分子のFETデバイスで誘起されるキャリアの研究 (鐘本)

近年π共役高分子を用いて電界効果トランジスタ (FET)特性が実現されることが報告されその応用に向けた研究が盛んになされているπ共役高分子として層構造を示すポリチオフェン誘導体ならびに大気中で安定なポリフルオレン誘導体に対して実際にトランジスタ動作を確認したそのデバイスに対してトランジスタ動作で誘起されるキャリアを吸収分光でとらえる実験を行い近赤外領域で特徴的な信号を観測したその信号は化学酸化で得られるキャリアに比べて低エネルギー領域に信号を有することが確認され高分子鎖間で広がった状態がキャリアとして働いていることが示唆された(University of Cambridgeとの共同研究)

10 長鎖チオフェンオリゴマーのポーラロンダイナミクス (鐘本)

π共役高分子はドープ状態で高い導電性を示しそのキャリアとして電子スピンを有するポーラロンが重要視されているそれら高分子のモデル化合物として長鎖オリゴマーを用いてESR特性を調べた特にそのESRスペクトルは高周波 (36 GHz)の実験において一般によく用いられるXバンド領域 (9 GHz)と線型及び線幅が顕著に異なるスペクトルを与えたこのことはポーラロンの運動の様子を異なる時間尺度で観測できたことを反映しており今後解析していくことでポーラロンダイナミクスについて詳細な情報が得られることが期待される(分子科学研究所との共同研究)

教育研究業績学術論文

1 H Xie I Kinoshita T Karasawa K Kimura T Nishioka I Akai K KanemotoldquoStructure Study and Luminescence Thermochromism in Hexanuclear 6-Methyl-2-Pyridinethiolato Copper(I) Crystalsrdquo

J Phys Chem B 109 pp9339-9345 (2005)

2 I Akai K Harai K Kouno T Karasawa ldquoPhotocalorimetric study on nonradiative relaxation processes and photolumines-cence quantum yields in Alq3 single crystalsrdquo

J Lumin 108 pp11ndash14 (2004)

3 H Xie M Tougezaka S Oishi I Kinoshita K Kanemoto I Akai T Karasawa ldquoLuminescence processes of hexanuclear methylpyridinethiolato-copper (I) crystalsrdquo

J Lumin 108 pp91ndash95 (2004)

4 V F Agekyan Yu A Stepanov I Akai T Karasava L E Vorobev D A FirsovA E Zhukov V M Ustinov A Zeilmeyer S Shmidt S Hanna E ZibikldquoLuminescence of Stepped Quantum Wells in GaAsGaAlAs and

9

InGaAsGaAsGaAlAs StructuresrdquoSemiconductors 38 pp565ndash571 (2004)

5 A Ito H Ino Y Matsui Y Hirao K Tanaka K Kanemoto T Kato ldquoA Bindschedlerrsquos Green-Based Arylamine Its Polycations with High-Spin Multi-plicityrdquo

J Phys Chem A 108 pp5715ndash5720 (2004)

国際会議会議録

1 I Akai K Watanabe K Yamashita K Kanemoto T Karasawa H HashimotoldquoExciton Dynamics in CdTeZnTe Quantum Dots Grown by Hot-Wall Expitaxyrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

2 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M KimuraldquoRapid Energy Transfer in Light-Harvesting Small Dendrimersrdquo

6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter6ndash9 July 2004 Cracow Poland

学会研究会講演

1 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢 力橋本秀樹木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

I-19 pp73ndash76 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

2 岡田 明赤井 一郎鐘本 勝一唐沢 力橋本 秀樹木村 睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

I-21 pp81ndash83 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

3 大北 健児丹治 淳鐘本 勝一赤井 一郎唐沢 力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

II-24 pp93ndash96 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

4 謝 海燕峠坂雅美加藤 賢木下 勇鐘本勝一赤井一郎唐沢 力「ヘキサキスピリジンチオラト銅 (I)錯体結晶の発光特性 (II)」

III-66 pp261ndash264 (2004) 第 15回光物性研究会 京都大学 2004年 12月 3 4日

5 赤井一郎 岡田明 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村 睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」

12pXD-12 第 4分冊 pp643日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

6 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学スペクトル」

13pPSA-21 第 4分冊 pp660日本物理学会 2004年秋季大会 青森大学 2004年 9月 12ndash15日

7 大北健児丹治淳鐘本勝一赤井一郎唐沢力「層状結晶GaSeにおける高密度励起子の非線形光学応答スペクトル II」

24aPS-44 第 4分冊 pp668日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

10

8 岡田明 赤井一郎 鐘本勝一 唐沢力 橋本秀樹 木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」

24aPS-98 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

9 加藤賢赤井一郎鐘本勝一唐沢力大橋正和篠田哲史築部浩「光捕集性 3世代 34デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクス」

24aPS-99 第 4分冊 pp681日本物理学会第60回年次大会東京理科大学野田キャンパス 2005年3月24ndash27日

その他

1 唐沢　力 　物理学教室談話会（新入生歓迎）　　　　　　　　　「私たちの行っている研究」　

2 唐沢　力　高大連携活動　市大授業　（2004年 5月 1日）　　　　　　　　　「大学で学ぶ物理 - 物理の面白さと必然性」

学位論文修士論文

1 大北健児 「 半導体GaSe結晶における高密度励起子の縮退四光波混合スペクトル」ldquoSpectra of High-Density Excitons in Semiconductor GaSe Crystal by Degenerate-Four-Wave Mixing Methodrdquo

博士論文

1 謝 海燕「 銅 (I)-クラスターを中心とする新規複合錯体化合物結晶の光励起状態とその緩和過程」ldquoPhoto-Excited States and Thier Relaxation Processes of Novel Cu(I)-Cluster-DominatedCoordination Compound Crystalsrdquo

研究助成金取得状況

1 唐沢 力 (代表者) 赤井一郎 鐘本勝一 飯田 武 鈴木正人文部省科学研究費補助金 基盤研究 (B-2) (課題番号14340095)(H14 6200千円 H15 4500千円 H16 1200千円)「半導体中に光学的に生成された量子凝縮相のダイナミックス」

海外出張および海外研修

1 鐘本勝一 「有機高分子を用いた最先端デバイス技術の習得及びその動作機構の解明」

Cavendish Laboratory Cambridge University UK Mar 2004 - Mar 2005

2 赤井一郎 6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter

(EXCONrsquo04) Cracow Poland 6-9 July 2004

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生体構造物性研究室

橋本 秀樹 教授 丸山 稔 講師 杉﨑 満 講師

佐島 徳武 (PD) 藤井 律子 (PD) 柳 和宏 (D3学振PD)

西尾 友宏 (M2) 清水 麻登香 (M2) 和泉 拓朗 (M1) 楠本 利行 (M1) 下中 奨三 (M1) 藤原 正澄 (M1) 鈴木 聡 (B4) 重信 明孝 (B4) 若竹 伸幸 (B4)

研究概要

1 サブ10フェムト秒時間分解分光計測システムの構築とフェムト秒時間領域分光（杉﨑佐島橋本） 光合成反応系は生命の40億年とも言われる歴史に基づく自然選択の摂理により改良されてきた天然のエネルギー変換システムであるこの反応系は人類がこれまで構築し

た如何なるシステムよりも遥に速い変換速度（lt 100フェムト秒）で高効率のエネルギー変換（～100）を行うと考えられているそのため光合成反応系の初期過程のメカニズムを明らかにすることは基礎物理的にも応用的にも非常に重要である近年レーザ

ー技術の進歩により市販のレーザーを用いることで100フェムト秒程度の超短パルスを比較的簡単に手に入れることが可能となったしかし光合成系の初期過程を明らかに

するためにはそれよりも更に一桁以上時間分解能の良い光源の開発が必要不可欠となる

そのため我々の研究室ではチタンサファイア再生増幅器からのレーザー光を2つに分け一方を自己位相変調により白色光もう一方をBBO結晶を用いて第二高調波を発生させこれらの光の非同軸光パラメトリック増幅を行うシステムを構築した 今年度はフェムト秒再生増幅装置を励起光源とする非同軸光パラメトリック増幅器

（NOPA）2台の性能最適化を行った我々の持つ全てのノウハウを傾注しプリズム対およびチャープ鏡対を併用したパルス圧縮を行うことにより可視波長域（500sim750 nm）において最短6フェムト秒のパルス幅を持つ「本当の」フェムト秒光パルスの安定発生を達成した同レーザー光を用いてポンププローブ時間分解吸収分光縮退４光波混合計

測システムを構築した本レーザー装置の出力スペクトルに合致する吸収帯を持つ試料と

して極性カロテノイドアナログ及び共役二重結合数15を持つマクロカロテン分子についての時間領域分光計測を行ったいずれの試料においても過渡吸収変化にimpulsive stimulated Raman processに由来するコヒーレント振動が重畳した信号が観測された比較的干満な時間変化を示す極性カロテノイドアナログの場合は適当な窓関数を設定して

フーリエ変換を行うことによりコヒーレントフォノンモードの周波数及び強度の時間変

化が観測できた励起状態の位相緩和時間に対応すると考えられるコヒーレントフォノン

モードの減衰の時定数としてsim1 psが得られたこの値は観測している励起状態の寿命（sim2 ps）の半分程度の値を示している超高速な緩和を示すマクロカロテン分子においても同様なコヒレーントフォノン信号の時間変化が観測されたしかしながら本試料の場合

は時間領域に現れるコヒーレント振動が時間と共に変化する大変興味深い様相が確認さ

れたフーリエ変換を用いた従来どおりの解析はコヒーレント振動の時間変化が無い場

合に限り適応可能である上述の観測結果は単純なフーリエ解析の限界を打破する新た

な解析手法の創出が必須である事を示唆しているマクロカロテン分子に関してはポン

ププローブ分光の他４光波混合を用いた予備的な実験も行った

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2 光合成光反応中心複合体におけるカロテノイドの構造安定化（橋本）

光合成系における機能発現には複数の光合成色素（カロテノイド及びクロロフィル）

がアポタンパク質により形成される反応場の中で空間的に規則正しく配列した色素蛋白

超分子複合体構造が密接に関係している特に光捕集光保護構造安定にはカロテノ

イド色素が重要な役割を果たしているこれまでに紅色光合成細菌Rhodobacter (Rb) sphaeroidesを中心に光保護作用に関する研究が数多くなされてきたこれはRb sphaeroidesがX線構造解析により蛋白の構造が解明されていることまたカロテノイド欠損株R-261と所望のカロテノイドを用いることにより人工の光反応中心を再構成できることなど興味深い研究の場を与えてくれることに起因するしかしながら光反応中

心に再構成されたカロテノイドが天然の物と同じ位置に取り込まれるかという最も基本

的かつ本質的な問題についてはこれまで明らかにされていなかった英国グラスゴー大

学及び米国コネチカット大学との共同研究によりRb sphaeroides R261の光反応中心にspheroideneや34-dihydrospheroideneを再構成した試料について高分解能X線構造解析を行ったその結果カロテノイドのバインディングサイトを明らかにすると共にフェニル

アラニンM162が門番の役目となりカロテノイドが一方向からのみ光反応中心に取り込まれていくという興味深い結果を得た更にトリプトファンM75が鍵の役目となりカロテノイドと水素結合することにより構造の安定化がなされていることを明らかにした

得られた結果を学術雑誌（Structure）にて公表した

3 アナログカロテノイドを再構築した光反応中心複合体の電場変調吸収分光（柳西尾清水橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と系外から有機合成により調製したアナログカロテノイドを再構築した人工のRCの電場変調吸収分光測定（室温及び低温）を行ったカロテノイド分子の有無により周囲に存在するバクテリオクロロフィル分子周辺の静電環境にどのような差異が生じる

のかを初めて定量化した室温（生理温度）で測定した場合カロテノイド分子から16 Aring離れて存在するスペシャルペアバクテリオクロロフィル分子の周辺の静電場にカロテノ

イド分子の有無により10 程度もの差異が生じることを明らかにした得られた成果を学術雑誌（J Phys Chem B）にて公表した

4 アナログカロテノイドを天然のアポ蛋白質に再構築した人工の光合成光反応中心複合体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本西尾橋本） カロテノイド欠損光合成細菌Rb sphaeroides R-261 から調製した光反応中心複合体（RC）と有機合成により調製した一連の共役鎖長を持つアナログカロテノイドを再構築した人工のRCのナノ秒時間分解吸収スペクトル測定を行った得られた吸収スペクトルデータのセットに対して特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを適用するこ

とにより極微弱な吸収スペクトル変化を精度良く検出することに成功した再構成RCに関する従来の研究では共役二重結合数（N）が9より少ないカロテノイドを再構築した場合光保護作用の発現のために必須のカロテノイドの三重項状態の生成が全く検出さ

れなかったが今回の我々の実験によりN=8およびN=9のカロテノイドを再構築したRCおいてもカロテノイドのT1 rarr Tn吸収スペクトルが観測できたこの結果はカロテノイ

ドの光保護作用の発現機構に関して従来概念を覆す画期的な成果であると考えられる 5 光合成膜中でのアンテナ色素蛋白複合体の超分子配置のその場観察（下中清水藤井橋本） 光合成細菌の光合成系は二種類のアンテナ色素蛋白複合体（LH1及びLH2）と光反応

中心（RC）の3つの色素蛋白複合体が有機的に結合した超分子配置を形成することにより生理機能を発現している平坦な光合成膜を持つ紅色光合成細菌Blc viridisから調製した

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光合成膜試料に焦点を絞り画像計測の物差しを作成することを目的として研究を行った

Blc viridisにはアンテナ複合体としてLH1複合体のみしか存在しないことが知られている透過型電子顕微鏡（TEM）を用いた観測によりLH1複合体の直径10 nmに対応する環状の構造体が細密充填構造を取り配列している画像を取得した得られた画像をフーリエ変

換することにより三角格子構造を示唆する良好な回折パターンを得た回折点以外の余

分な成分を除去し逆フーリエ変換を行うことによりRC-LH1コア複合体の良好な画像を得ることに成功したこの画像データに対して統計処理を行ったところ環状構造体

の直径は98 plusmn 04 nm で分布しておりその中心にRCに対応する構造が観測されることからこの環状構造体がLH1複合体に帰属できることが明確となったまた各LH1リングは細密充填構造を取り配列しているが再隣接距離は約2 nm程度離れていることが明らかになった 単離生成したRC-LH1コア複合体をリン脂質二重層膜（Egg-PC）に再構築する方法を

確立したTEMを用いた観察（フーリエ解析）により再構成直後の人工光合成膜ではコア複合体は細密充填構造を取らず比較的ランダムに配列していた同試料の温度を上

下することで細密充填構造へ導けることが明らかになったこの結果はコア複合体の超

分子配列が制御可能であることを示唆しているコア複合体を再構築した人工光合成膜に

さらに他の種類の光合成細菌由来のLH2複合体を再構築した「本当の」人工光合成膜を作成すべく条件出し及びTEMによるその場観察を行っている

6 極性カロテノイドの同族体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井楠本佐島橋本）

all-trans-レチナールと13-インダンジオンを縮合した2-all-trans-レチニリンデン-13-インダンジオン（RetInd）のTHF溶液に対して三重項増感励起によるナノ秒時間分解吸収分光測定を行った特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを用いたデータ解

析を行うことによりジカチオン状態に帰属できる過渡吸収バンドが特定できたカロテ

ノイド類ではTHFのような溶媒系（非重溶媒）でのラジカル生成は報告されておらずしかも三重項増感励起の際に見つかったこの特異な現象はカロテノイド（共役ポリエン

系）の電子構造を探索する上で重要な知見を与えていることが期待される

7 LH1アンテナ複合体の再構築とその電場変調吸収分光（鈴木藤井柳橋本） 紅色光合成細菌Rhodospirillum rubrumから共役二重結合鎖n = 13のカロテノイド（all-trans-spirilloxanthin）を単離精製した単離したカロテノイドをTriton X-100ミセル中でカロテノイドを除去したB880色素蛋白複合体の単量体サブユニットと再会合することによりRs rubrum LH1複合体を人為的に再構築した吸収スペクトル蛍光励起スペクトルおよび電場変調吸収スペクトルを測定することで再構成体と天然由来のLH1複合体についての比較検討を行ったLH1 complex再構成体はB880吸収帯が3 nm短波長シフトしている点とカロテノイド部分の振動構造がより明瞭になっている点を除けば天然体

と基本的に同様な吸収スペクトルを与えた蛍光励起スペクトルの測定によりカロテノ

イドからバクテリオクロロフィルへの励起エネルギー移動効率を決定したところ天然

LH1では35であったのに対し再構成LH1はこれより有意に高い40の効率を与えた電場変調吸収分光測定によってLH1複合体中のカロテノイド及びバクテリオクロロフィル分子の非線形光学パラメータ（光誘起分極率変化∆α光誘起双極子モーメント変化∆micro）を決定したところバクテリオクロロフィル分子では天然体と再構成体とで同様の値を与

えるのに対してカロテノイド分子では大きな差異が検出されたこの結果は再構成LH1複合体中のカロテノイド分子周辺の静電的環境が天然 LH1の場合とは明らかに異なっていることを示している電場変調吸収分光法は再構成体の構造に関して有意な情報を与

える分光学的手法であることが明らかになった 8 非線形光学材料の性能向上を目指した計測と評価（藤原丸山橋本）

大出力テラヘルツ電磁波（THz波）発生を実現するための有機非線形光学材料の性能評

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価について種々の分光計測法を適用することにより多角的に検討を行った具体的な測

定対象となる有機非線形材料としては既に良好なTHz波発生が確認できている2-メチル-4-ニトロアニリン（MNA）誘導体について検討した 様々な置換基を有するN置換MNA誘導体の大量合成を行ったブリッジマン炉を用いた

融液からの結晶成長とゾーン精製による純化を行いこれらMNA誘導体からの良質な単結晶の作成を目指して勢力的に研究を展開した特に単結晶試料の透明性を追求し種々

の条件だしを行った得られた結晶の面方位はX線ラウエ法により評価した 結晶の2次非線形光学定数（dテンソル）の測定を行うための装置を作成して稼働し各

MNA誘導体結晶のdテンソル成分の相対値を決定したdテンソルの決定には第二高調波発生法を採用しその励起光源としてはNdYAGレーザーの基本波（1064 nm）を用いた結晶試料は回転ステージ上に固定し励起光の偏光（p偏光およびs偏光）に対して任意角度に回転角を設定できるようにした原理的に全部で27個あるdテンソル成分に関して結晶構造および結晶内における分子配置を考慮することにより測定結果をシミュレーシ

ョンするコンピュータプログラムの開発も平行して行った 以上の研究を通じて1）光学的に良質で大型のBNA単結晶の成長に成功した2）dテンソルの成分比を実験的に検証しdZZZ成分の異常な増大を観測した3）dZZZの異常な増

大は超分子クラスターを考えることで定性的に説明可能であることを明らかにした4）結晶中の水素結合によって形成されるネットワークがdテンソルに大きく影響を与える事を明らかにした目標である良質で大きな有機非線形光学結晶の開発と二次非線形感受

率テンソルの決定等の結晶面方位に即した物性評価をすることができ当初の計画を十分

満足する研究成果が得られた 9 氷六角板結晶の成長と融解の間に生じる非対称なパターン形成（丸山）

結晶にはミクロな構造的異方性があるために特定の方位の結晶面のみがマクロな結晶

外形を構成するすなわち成長形は成長速度の遅い方位の平面によって融解形は融解

速度の速い面によって囲まれるという法則がある両者は違った形になることが予測さ

れるがその関係をきちんと調べた例はほとんどないそこで氷と水の圧力下共存系を

対象にして系の温度を下げながら氷を成長させ温度を上げながら氷を融解させた得

られた成長形はプリズム面と基底面で囲まれた六角板状であるのに対して融解形は六角

形の角から優先的に解け出して定常状態では逆六角形を示したすなわち成長形が30度回転した相似形になったただしこれら六面はわずかに曲がったラフ方位の曲面である

従来融解形は角ばった先端から解け始め丸い定常形に落ち着くものと考えられていた

界面での成長融解の素過程を考慮した数理モデルを作ってこの非対称変化を定性的に

説明した 教育研究業績 学術論文 1 K Yanagi H Hashimoto AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the LH2

complex from Rhodobacter sphaeroides G1C frequency and temperature dependencerdquo J Phys Chem B 108 10334-10339 (2004)

2 H Hashimoto K Yanagi M Yoshizawa D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoThe Very Early Events Following Photoexcitation of Carotenoidsrdquo Arch Biochem Biophys 430 61-69 (2004)

3 H Hashimoto T Sashima K Yanagi and M Yoshizawa ldquoUltrafast Relaxation Processes of Photosynthetic Carotenoidsrdquo Rev Laser Engineer 32 701-710 (2004)

4 RJ Cogdell H Hashimoto and AT Gardiner ldquoPurple Bacterial Light-Harvesting Complexes

15

From Dreams to Structuresrdquo Photosynth Res 80 173-179 (2004) 5 W Wohlleben T Buckup H Hashimoto RJ Cogdell JL Herek and M Motzkus

ldquoPump-deplete-probe spectroscopy and the puzzle of carotenoid dark statesrdquo J Phys Chem B 108 3320-3325 (2004)

6 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of the inhomogeneous band-broadening on the nonlinear optical properties of hydrazonesrdquo Phys Rev B69 205103 (2004)

7 AW Roszak K McKendrick AT Gardiner IA Mitchell NW Isaacs RJ Cogdell H Hashimoto and HA Frank ldquoProtein Regulation of Carotenoid Binding Gatekeeper and Locking Amino Acid Residues in Reaction Centers of Rhodobacter sphaeroidesrdquo Structure 12 (2004) 765-773

8 T Nakajima H Nagasawa M Maruyama T Komatsu J Nelson ldquoMacroscopic crystallization of nanocrystals into supercrystalsrdquo Jpn J Appl Phys 43 1102-1103 (2004)

9 D Polli G Cerullo G Lanzani S De Silvestri K Yanagi H Hashimoto RJ Cogdell ldquoConjugation length dependence of internal conversion in carotenoids Role of the intermediate staterdquo Phys Rev Lett 93 163002 (2004)

10 D Kosumi H Hashimoto and M Yoshizawa ldquoPump Wavelength Dependence of Ultrafast Relaxation Kinetics in β-Carotenerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 29-31

11 RJ Cogdell H Hashimoto K Yanagi D Polli G Cerullo G Lanzani and S de Silvestri ldquoExcited Singlet States of Carotenoids and Their Involvement in Photosynthetic Light-Harvestingrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 60

12 S Hirota H Inoue A Teteishi H Hashimoto Y Tomita M Murakoshi T Nigo K Sekimoto J Yokoyama and H Funayama ldquoAssessment of Conjunctival Impression Cytology (CIC) Method of Beta-carotene and Canthaxanthin Fed Vitamin A Deficient Ratsrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 43-45

13 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoEffect of carotenoid on electrostatic environment around the bacteriochlorophyll special pair in the reaction center of the urple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 26-28

14 T Sashima I Matsuda K Misawa S Koshiara and H Hashimoto ldquoThe Control of Photoisomerization of All-Trans Retinal by Using Chirped Femtosecond Laser-Pulsesrdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 24-25

15 M Sugisaki T Sashima K Yanagi A Sugita and H Hashimoto ldquoStationary and Transient Optical Absorption Measurements in Polar Retinoid Analoguerdquo Carotenoid Sci 7 (2004) 20-23

16 K Yanagi AT Gardiner RJ Cogdell H Hashimoto ldquoElectroabsorption spectroscopy of β-carotene homologs Anomalous enhancement of ∆micrordquo Phys Rev B71 195118 (2005)

17 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto JP Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8-13 conjugated double bonds as determined by electronic absorption spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 410 108-114 (2005)

18 D Kosumi K Yanagi T Nishio H Hashimoto M Yoshizawa ldquoExcitation energy dependence of excited states dynamics in all-trans-carotenes determined by femtosecond absorption and fluorescence spectroscopyrdquo Chem Phys Lett 408 89-95 (2005)

19 I Akai H Nakao K Kanemoto T Karasawa H Hashimoto M Kimura ldquoRapid energy transfer in light-harvesting small dendrimersrdquo J Lumin 112 449-453 (2005)

20 K Kanemoto M Shishido T Sudo I Akai H Hashimoto T Karasawa ldquoConcentration-dependence of photoluminescence properties in polythiophene diluted in an inactive polymer matrixrdquo Chem Phys Lett 402 549-553 (2005)

21 K Yanagi M Shimizu H Hashimoto AT Gardiner AW Roszak RJ Cogdell ldquoLocal electrostatic field induced by the carotenoid bound to the reaction center of the purple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroidesrdquo J Phys Chem B 109 992-998 (2005)

22 M Maruyama ldquoRoughening transition of prism faces of ice crystals grown from melt under pressurerdquo J Crystal Growth 275 598-605 (2005)

国際会議会議録

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1 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

2 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 363-367

3 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo Springer Series in Chemical Physics (2005) 79 (Ultrafast Phenomena XIV) 589-591

国際会議講演 1 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and

reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

2 RJ Cogdell AT Gardiner S Prince TD Howard M Papiz H Hahsimoto K Yanagi HA Frank AW Roszak and NW Isaacs ldquoThe organisation of carotenoids in purple bacterial antenna complexes and reaction centres analysis of structure and functionrdquo International Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes (2004 June 7-9) Glasgow UK

3 T Buckup W Wohlleben B Heinz M Motzkus J Savolainen JL Herek H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoEnergy flow in carotenoids studied with pump-deplete-probe multiphoton and coherent control spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

4 G Cerullo D Polli G Lanzani H Hashimoto RJ Cogdell ldquoSub-20-fs study of energy relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexesrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

5 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoDynamics of carotenoids probed by femtosecond absorption fluorescence and Raman spectroscopyrdquo International Conference on Ultrafast Phenomena (2004 July 25-30) Niigata Japan

6 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoMolecular Architecture of Native and Reconstituted Pigment Protein Complexes of Purple Photosynthetic Bacteriardquo Open Workshop on Molecular Modified Electrodes for Clean Energy Conversion (2004 October 1) Panasonic Center Ariake Tokyo Japan

7 H Hashimoto and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo International Workshop on Materials Science and Nano-Engineering (2004 December 11-14) Osaka Univ Suita Osaka Japan

8 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto HA Frank RJ Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet States of Carotenoids Having Shorter Conjugation Lengths Reconstituted into the Reaction Centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 Detected by Time-Resolved Absorption Spectroscopyrdquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

9 H Hashimoto K Yanagi AT Gardiner AW Roszak and RJ Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005 April 15-17) Woods Hole MA USA

10 H Hashimoto R Fujii K Yanagi A T Gardiner A W Roszak N W Issacs H A Frank and R J Cogdell ldquoStructures and functions of carotenoids bound to reaction centers from purple photosynthetic bacteriardquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17

11 R L Christensen H A Frank M Grace I Galinato E F Chu R Fujii and H Hashimoto ldquoThe optical spectroscopy of cis and trans polymers models for cis and trans carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

12 K Nakagawa R Fujii K Yanagi S Suzuki A T Gardiner R J Cogdell H Hashimoto and M Nango ldquoProbing the carotenoid in its biding site in a reconstituted light-harvesting complex 1 from the photosynthetic bacterium rhodospirillum rubrum with electroabsorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

13 P Wang R Nakamura Y Kanematsu Y Koyama H Nagae T Nishio H Hashimoto and J-P Zhang ldquoLow-lying singlet states of carotenoids having 8sim13 conjugated double bonds as determined by electro absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

14 M Yoshizawa D Kosumi M Komukai K Yanagi and H Hashimoto ldquoExcitation energy dependence of relaxation kinetics and nonlinear optical responses in all-trans-carotenoidsrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

15 R Fujii M Shimizu T Nishio T Kusumoto H A Frank R J Cogdell and H Hashimoto ldquoTriplet states of carotenoids having shorter conjugation lengths reconstituted into the reaction centre of Rhodobacter sphaeroides R-261 detected by time-resolved absorption spectroscopyrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

16 M Sugisaki K Yanagi R J Cogdell and H Hashimoto ldquoUltrafast coherent otical response in a β-carotene homologuerdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

17 P Molnaacuter H Hashimoto G Toacuteth ldquoComparison of optical absorption- Raman- and FT-IR-spectroscopic data of several natural and semisynthetic (all-E)-carotenoisrdquo The 14th International Symposium on Carotenoids (2005 July 17-22) Edinburgh UK

18 R Nakamura P Wang R Fujii Y Koyama H Hashimoto and Y Kanematsu ldquoVibrational relaxation pathways in the electronic excited state of carotenoidrdquo 15th International Conference on Dynamical Processes in Exited States of Solids (2005 August 1-5) Shanghai China

19 H Hashimoto K Yanagi A T Gardiner A W Roszak and R J Cogdell ldquoStark spectroscopy on the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteriardquo 6th International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors in Photosynthetic Organisms (2005 September 11-16) Lucerne Switzerland

学会研究会講演 1 赤井一郎中尾浩士鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「デンドリマー構造をもつ巨大分子の光励起ダイナミクスII」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

2 柳和宏AT GardinerRJ Cogdell橋本秀樹「光合成光反応中心複合体の電場変調吸収分光」日本物理学会 2004年春の年会2004年3月27日～30日九州大学 箱崎キャンパス

3 佐島徳武楠本利行橋本秀樹「極性カロテノイド類のナノ秒時間分解吸収分光」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

4 赤井一郎岡田明鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「光捕集性小型デンドリマーにおける光励起エネルギー伝達ダイナミクス」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

5 小澄大輔橋本秀樹柳和宏小向牧人吉澤雅幸「フェムト秒分光を用いたカロテノイドのダイナミクスにおける励起光波長依存性」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

6 杉崎満佐島徳武杉田篤史橋本秀樹「極性カロテノイド類のフェムト秒分光 II」日本物理学会 2004年秋季大会2004年9月12日～15日青森大学

7 藤原正澄柳和宏丸山稔杉崎満黒柳和良高橋宏典青島紳一郎土屋裕橋本秀樹「N-benzyl MNA単結晶の二次非線型光学特性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

18

8 杉崎満柳和宏橋本秀樹「β-カロテンホモログ体における超高速光学応答」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

9 柳和宏杉崎満橋本秀樹「βカロテンホモログ体における電場変調吸収分光(II) 」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

10 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

11 小澄大輔小向牧人橋本秀樹吉澤雅幸「3準位電子系の超高速光学応答II波長可変励起光によるβ-カロテンの光誘起過渡吸収」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会2005年3月24日～27日東京理科大学 野田キャンパス

12 丸山稔増田詩人「ファセット形成過程とラフ方位の曲率発展」第34回結晶成長国内会議 2004年8月25-27日 東京農工大学

13 Q WangY HanX WenP Hu廣田才之橋本秀樹「マウス免疫機能におけるカロテノイド類の効果」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

14 井上弘明本多由美子関本邦敏横山次郎上野隆嗣富田純史長田祥二橋本秀樹村越倫明廣田才之「ビタミンA欠乏系ラットに投与したカロフィルレッドカロフィルピンクの代謝の影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

15 吉澤雅幸小澄大輔小向牧人柳和宏橋本秀樹「共鳴および非共鳴励起によるβ-カロテンの初期緩和過程および超高速光学応答の研究」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

16 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「共役長が異なるカロテノイド類の超高速光学応答」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

17 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「短い共役鎖をもつカロテノイドの光保護作用－光反応中心複合体における三重項状態の検

出」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館 18 柳和宏橋本秀樹「βカロテンホモログ体の吸収スペクトルにあたえるexchange narrowingの影響」第19回カロテノイド研究談話会2005年9月9日～10日東京大学 山上会館

19 小澄大輔柳和宏橋本秀樹吉澤雅幸「ポリエン共役長が異なるカロテノイド類の時間分解発光分光」日本物理学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス

20 藤井律子清水麻登香西尾友宏楠本利行H A Frank R J Cogdell 橋本秀樹「光合成光反応中心複合体に再構築したカロテノイドへの三重項エネルギー移動」日本物理

学会 第59回秋季大会2005年9月19日同志社大学 京田辺キャンパス 21 岡田明赤井一郎鐘本勝一唐沢力橋本秀樹木村睦「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性Ⅱ」

22 A Cahoon M Maruyama and JS Wettlaufer ldquoGrowth-Melt Asymmetry in Icerdquo APS March Meeting March 21-25 2005 Los Angeles

解説 1 杉﨑 満ldquo測定法(8) ⎯顕微分光rdquo Optronics 11月号 (2004) pp180-188 2 橋本秀樹藤井律子杉﨑 満ldquo物質現象新技術(5) 有機バイオ-光合成アンテナ色素蛋白複合体カロテノイド超高速レーザー分光rdquo Optronics 5月号 (2005) pp159-169

その他 1 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント

19

制御」 2004年4月30日 立命館大学にて講演 2 橋本 秀樹「紅色光合成細菌の光反応中心及びコア複合体の構造」 2004年6月26日 「光合成細菌の色素系と反応中心に関するセミナーXII」（京都大学）にて講演

3 橋本 秀樹「植物が創った太陽電池光合成系の分子構築機能およびコヒーレント制御」 2004年7月23日 高エネルギー加速器研究機構にて講演

研究助成金取得状況 1 橋本 秀樹文部科学省萌芽研究「原子間力顕微鏡を用いた光合成アンテナ色素複合体超分子配置のイメージング」500万円

2 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(2)「人工光合成色素蛋白超分子複合体の動作機構の解明」1500万円

3 橋本 秀樹日本学術振興会基盤研究(B)(1)「カロテノイド励起状態中の振動緩和と光合成系におけるエネルギー伝達の研究」1500万円

4 橋本 秀樹NEDO国際共同研究プロジェクト「人工光合成アンテナとナノデバイス開発光合成アンテナ複合体の機能とナノデバイス開発のためのアンテナ複合体の組織化」

1500万円 5 橋本 秀樹科学技術振興機構さきがけ研究「光合成系の人為操作及び光反応制御」8000万円

6 橋本秀樹科学技術振興機構戦略的国際科学技術協力推進事業（日英協力）ナノ空間に配列させた光合成色素蛋白超分子複合体間における超高速励起エネルギー移動過程の

実時間動画撮影技術の確立」3000万円 7 杉﨑 満学術振興会若手研究(B)「光合成色素蛋白超分子複合体の単一分子超高速レーザー分光」50万円

8 杉﨑 満島津科学技術振興財団研究開発助成「青色極超短パルス光発生装置を用いた光合成コヒーレントプロセスの解明」80万円

海外出張および海外研修 1 橋本秀樹米国（Ventura Beach Marriottホテル）2004年1月3日～1月11日2004年度Gordon

Research Conference on Carotenoids への出席及び会議進行 2 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年6月5日～6月13日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

3 橋本秀樹英国（グラスゴー大学）2004年11月23日～12月3日NEDO国際共同研究プロジェクトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

4 橋本秀樹米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で集中講義コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

5 藤井律子米国（アリゾナ州立大学コネチカット大学Woods Hole）2005年4月5日～4月19日アリゾナ州立大学で講義補助コネチカット大学で共同実験の実施第22回米国東部地区光合成会議で研究発表

その他 1 橋本秀樹日本物理学会 2003年度JPSJ編集委員 2 橋本秀樹日本カロテノイド研究会幹事役員Carotenoid Science編集委員長 3 橋本秀樹国際カロテノイド学会Council Member

20

素励 物理学研究室

坪田　誠　 教授

木　正人 講師

笠松　健一(PD)

R Hanninen(PD)

金本　理奈(PD)

西岡　圭太(D3)

小林未知数(D2)

三 　　 (D1)

星原　庸平(M1)

神野　大典(M1)

研究概要1 量子乱流のエネルギースペクトル（坪田小林）

　 年 流動乱流（量子乱流）と古典乱流の対応が注目されているボース凝縮の巨

視的波動関数が従うGross-Pitaevskii方程式の三次元数値 析を行い量子乱流が古

典乱流のもっとも代表的な統 則であるコルモゴロフ則を満たすことを示した 算は

全てフーリエ空間で行い大スケールの励 と小スケールの散逸を導入することで定

常乱流を作ったこれは古典乱流と同様のカスケード過程が量子乱流での存在すること

を示した初めての研究であるこの業績は読売新聞日経産業新聞で報道された

2 二成分ボース凝縮体のダイナミクスとテクスチャー（坪田笠松）

　前年度に引き続き二成分ボースアインシュタイン凝縮体に関する理論的研究を行い

２つの凝縮体の位相が結合した場合（内 ジョセフソン効果に相当）渦分子の形成を示

したまたスピンテクスチャーに関する研究を行った

3 交流 流動流れ場中の量子渦の運動（坪田Hanninen三 ）

　　　現在世界的に関心が持たれている振動細線によって作られる 流動乱流実験に関連

して簡単なピニングモデルによる交流流れ場中の量子渦の運動を調べた交流流れ

場の振動数に共鳴してケルビン波が励 され流れ場の強さを増すと多数の渦の再結

合および生成が こり実験結果と定性的に符合する結果を得た

4 回転下ボソン-フェルミオン混合状態（坪田金本）

　回転下の中性原子気体のボソン-フェルミオン混合状態の基底状態の研究を行い原

子間相互作用と回転振動数に応じてフェルミオンが様々な状態変化を行うことを明ら

かにしたこれらは量子ドット量子ホール効果に特徴的な状態を含みこれらの系

との興味深い対応を明らかにしている

5 ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体（坪田小林）

　バイコールグラスなどのナノスケールの多孔体に閉じ込められたヘリウム４を加圧し

た時に 流動- 流動の量子相転移が慶応大学のグループによって観測されたこ

の実験に関連して閉じ込めポテンシャル中の強相関ボース流体の研究を行いボース

凝縮体の局在に関する判定基準を新たに導入することで実験結果と定量的に良い一致

を得た

21

教育研究業績

学術論文

1 KKasamatsu MTsubota M Ueda ldquoVortex molecules in coherently coupled two-componentBose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev Lett 93 250406(1-4) (2004)

2 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of superfluid turbulence Numerical analysis of the Gross-Pitaevskii equation with a small-scale dissipationrdquo Phys Rev Lett 94 065302(1-4)(2005)

3 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoSymmetry breaking and enhanced condensate fraction in a matter-wave bright solitonrdquo Phys Rev Lett 94 090404(1-4)(2005)

4 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoSpin textures in rotating two-component Bose-Einsteincondensatesrdquo Phys Rev A71 043611(1-14)(2005)

5 K Kasamatsu M Machida N Sasa MTsubota ldquoThree-dimensional dynamics of vortex-latticeformation in Bose-Einstein condensatesrdquo Phys Rev A71 063616(1-5) (2005)

6 KKasamatsu MTsubota MUeda ldquoVortices in Multicomponent Bose-Einstein CondensatesrdquoInt J Mod Phys B19 pp 1835-1904(2005) (Invited review article )

7 KKasamatsu MTsubota ldquoModulation Instability and Pattern Formation in Two-componentBose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 669-674(2005)

8 M Kobayashi MTsubota ldquoBose-Einstein Condensation and Superfluidity of Strongly Cor

related Bose Fluid in a Random Potentialrdquo J Low Temp Phys 138 pp189-194(2005)9 MTsubota K Kasamatsu ldquoDynamics of Quantized Vortices in Superfluid Helium and Rotating

Bose-Einstein Condensatesrdquo J Low Temp Phys 138 pp 471-480(2005)10　R Hanninen A Mitani MTsubota ldquoSuperfluid 3He-B Vortex Simulations inside a Rotating

Cylinderrdquo J Low Temp Phys 138 pp 589-594(2005)11 R Kanamoto H Saito MTsubota M Ueda ldquoMany-Body Analysis of the Hess-Fairbank Effect

in One-Dimensional Bose-Einstein condensates with attractive interactions rdquo J Low TempPhys 138 pp 681-686(2005)

12 M Tsubota M Kobayashi ldquoKolmogorov spectrum of the Gross-Pitaevskii turbulencerdquo JPhysics and Chemistry of Solids 66 pp 1498-1500(2005)

13 M Kobayashi MTsubota ldquoKolmogorov spectrum of quantum turbulence J Phys Soc Jpn 74pp 3248-3258 (2005)

14 K Nishioka M Suzuki ldquoDynamics of unidirectional exciton migration to the molecularperiphery in a photoexcited compact dendrimerrdquo J Chem Phys 122 024708(2005)

国際会議講演

1 MTsubotaldquoQuantized vortices in superfluid helium and Bose-Einstein condensates (Invited) The Third 21COE Symposium Astrophysics as Interdisciplinary Science Waseda Univeristy Tokyo Japan 2005 91-3

2 R Hanninen J Kopu EV Thuneberg MTsubota ldquoStability of Quantized Vortices UnderRotation Helically Twisted Vortex Bundlerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

3 AP Finne VB Eltsov G Eska R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoVortex Multiplication in Applied Flow the Precursor to Superfluid Turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

4 M Kobayashi ldquoInertial range of steady quantum turbulencerdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005 8 18-20

5 A Mitani ldquoCorrelation between Quantum Vortices and Eddies in Normal Fluid Turbulen

22

ce rdquo Ultra-Low Temperature Physics Conference 2005 Gainesville Florida USA 2005

8 18-206 M Tsubota M Kobayashi ldquoInertial Range and the Kolmogorov Spectrum of Quantum T

urbulencerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

7 AP Finne VB Eltsov R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoRelaxation of a Helical Vortex Clusterrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

8 VB Eltsov AP Finne R Hanninen J Kopu M Krusius EV Thuneberg and M Tsubota ldquoPropagation of Quantized Vorticity in a Rotating Columnrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

9 R Hanninen A Mitani and M Tsubota ldquoSimple Pinning Model for Vibrating Wire Turbulence in Superfluid Heliumrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

10 R Kanamoto M Tsubota ldquoEnergy Spectrum of Fermions in a Rotating Boson-Fermion Mixturerdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

11 M Kobayashi M Tsubota ldquoLocalization of Bose-Einstein Condensation and Disappearance of Superfluidity of Strongly Correlated Bose fluid in a Confined Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

12 A Mitani R Hanninen M Tsubota ldquoCritical Velocity for Superfluid Turbulence at High Temperaturesrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics Universityof Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

13 H Takeuchi K Kasamatsu and M Tsubota ldquoVortex Structures in Rotating Two-component Bose-Einstein Condensates in an Anharmonic Trapping Potentialrdquo 24th International Conference on Low Temperature Physics University of Florida Orlando Florida USA 2005 8 10-17

14 M Tsubota ldquoQuantized vortices in Bose-Einstein condensatesrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

15 R Kanamoto H Saito M Ueda ldquoCenter-of-mass fluctuations in a matter-wave bright solitonrdquo 14th International Laser Physics Workshop (LPHYSrsquo05) July 4-8 2005 Kyoto Japan

16 M Tsubota ldquoNumerical study of quantum turbulence (Invited)rdquo Conference on Vortex Rings and Filaments in Classical and Quantum Systems ICTP Trieste Italy 2005 6 6-8

17 M Tsubota ldquoWhat we can do from numerical studies (Invited)rdquo Workshop on New Experimental Techniques for the Study of Quantum Turbulence ICTP Trieste Italy 2005 6 9-10

学会研究会講演

1 小林未知数坪田誠「ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体におけるボース

凝縮の局在と 流動の消失」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

2 坪田誠「 流動ヘリウムおよび中性原子気体BECの量子流体力学」（招待講演） 日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

3 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転ボーズアインシュタイン凝縮系の3次

元渦糸シミュレーション」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

4 竹内宏光笠松健一坪田誠「 調和ポテンシャル中の回転2成分ボース凝縮体にお

23

ける渦構造」　日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

5 R Hanninen 三 坪田誠「Quantum turbulence around a vibrating wire」日

本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

6 　三 R Hanninen坪田誠「「速度に依存しない乱流遷移」は熱カウンター流で

も存在するか」日本物理学会　第60回年次大会　東京理科大学

7 三 「 流動乱流と古典乱流の 似性相違性」第54回理論応用力学講演会（日

本学術会議 メカニクス構造研究連絡委員会主催）2005 1 25-27

8 三 「 流動ヘリウム中での乱流遷移」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱

流現象と力学系的縮約」2005 1 12-14

9 　小林未知数「量子流体における乱流現象とエネルギースペクトル Gross-Pitaevski

i方程式による 析」京 大学 数理 析研究所 共同研究集会「乱流現象と力学系的縮

約」2005 1 12-14

10 坪田誠「乱流の量子古典対応」（招待講演）九州大学応用力学研究所研究集会「乱

流研究の異分野融合と新たな創成」2005 6 16-18

11 　金本理奈坪田誠「回転ボースフェルミ混合系における量子渦とフェルミ原子の

相互作用」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

12 小林未知数坪田誠「Gross-Pitaevskii方程式による 流動乱流のエネルギースペ

クトルII」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

13 　三 坪田誠「常流体乱流中の量子渦ダイナミクスの統 的性 」日本物理学会

2005年秋季大会　同志社大学

14 　藤山将士R Hannienn坪田誠「量子渦糸と球状粒子の相互作用運動－ 流動乱

流の可視化に向けて」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

15 　佐々成正町田昌彦笠松健一坪田誠「回転BEC系におけるエネルギー散逸と乱

流状態」日本物理学会2005年秋季大会　同志社大学

学位論文

博士論文

1 西 岡 圭 太 「 樹 木 状 分 子 デ ン ド リ マ ー に お け る 振 動 エ ネ ル ギ ー 及び励 子の分子内移動ダイナミクス」

研究助成金取得状況1 坪田誠日本学術振興会基盤研究(B)「 流動ヘリウムおよび中性原子気体ボース凝

縮系における量子渦の物理」590万円

2 笠松健一日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

3 小林未知数日本学術振興会特別研究員奨励費　90万円

その他 1 坪田誠日本物理学会代議員

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超高エネルギー研究室

川上三郎 教授 林 嘉夫 助教授 松山 利夫 技術職員(システム計測室)

小島 浩司 (D3) 田中 秀樹 (D3) 野中 敏幸 (D3) 大嶋 晃敏 (D1)

松本祐輔（M1） 松本慶一郎(M1) 清水伸明（M1） 奥田剛司（B4）

研究概要

1 宇宙粒子線による点源探索と加速機構の研究（川上林松山小島田中野中大嶋松本（慶）松本（祐）清水） インドデカン高原南部の Ootyでタタ基礎研究所との共同研究で表題の研究を行っ

ているこのために大規模空気シャワー観測装置の建設運転を継続中である現在

シンチレーション検出器（1m２）約 280台および４基のミューオン検出装置（合計 560m２＞1GeV）でデータ収集を行っておりデータを蓄積しつつ解析を進めている到来方向の角度精度の向上を図るために導入した粒子入射時刻較正システムを用いて較正を

行ったまた検出面積の拡張のためにファイバーを使った新しいシンチレーション検

出器 30台を製作し空気シャワーアレイに組み込んだこの様にして得られた空気シャワーの観測結果を解析した結果 1014～1015eV付近においては一次宇宙線の原子核組成が徐々に重い原子核が増加しているという新しい知見が得られたので学位論文（田中）

として公表した 2 太陽系近傍における宇宙線の異方性の研究（川上林松山小島田中野中大嶋 松本（慶）松本（祐）清水） Ootyの大規模空気シャワー観測装置の一部である４基のミューオン検出装置を用いて数十 GeVの一次宇宙線の時間変動を高精度で方向別に観測を続け約 3年間のデータの蓄積を得たこれらのデータの解析結果から太陽圏の周辺磁場の構造に関して重要な知

見が得られたので学位論文（小島）として公表した 3 L3+Cosmic実験（川上林） L3+C実験はＣＥＲＮ（ヨーロッパ高エネルギー物理学研究所）において LEP（Large Electron Collider）のＬ３実験で用いられた高エネルギーミューオンの運動量を精密に測定する装置を使用して宇宙線中の高エネルギーミューオン（15GeV～1TeV）の測定を行った実験装置 及び解析の結果は同研究所の L3C のホームページ

25

(httpl3cosmicscernch8000l3cwww)に紹介されている L3+C実験は完了していて現在はデータ解析とまとめが行われている解析の主なテーマとしては 1013ｅV～１0１６eVにおける一次宇宙線の化学的成分の測定50GeV～１TeVの大気ミューオンのエネルギースペクトラムミューオン荷電比月の影を利用した高

エネルギー宇宙線反陽子の強度観測太陽フレアに伴う GLE現象における高エネルギーミューオンの観測などが対象となっている解析の結果 20GeV～3000GeVの範囲の大気ミューオンについて高精度なエネルギースペクトラムが得られたのでそれを公表した

4 新しい日印宇宙線共同研究の検討（川上林） ヒマラヤのハンレーにおける高エネルギー宇宙線観測計画の可能性を調査検討する

ためにタタ研究所を訪れ今後の共同研究の進め方について議論を行ったその結果

出来るだけ早期に 3m口径のチェレンコフ望遠鏡を導入することが合意された 5宇宙線望遠鏡計画 (Telescope Array Project)（川上林田中野中松本（祐）松本（慶）清水奥田） 宇宙線望遠鏡計画は最高エネルギー領域（～＞1020eV）の宇宙線を広大な面積を持つ（～1000km2）空気シャワー観測装置をユタ州のミラード郡に設置し観測しようと

する計画である観測装置の建設には 4 年を要するこの宇宙線望遠鏡は空気シャワー観測装置としては世界最大であった AGASA（東京大学宇宙線研究所付属明野観にある超大空気シャワー観測装置現在は終了）の１０倍の規模を持ち統計精度の良いデータ

の収集が期待されている 地表検出器はシンチレーション検出器約 500 台を使用し主として大阪市立大学がこ

の部分の開発製作を担当しているこの他に大型の固定式蛍光望遠鏡３基により空

気シャワーが大気中を発達する様子を精密に測定し一次宇宙線の核種やエネルギーな

どを測定する平成 15年度から 6年間の予定で特定領域研究（科研費）が採択され東京大学宇宙線研究所を中心として多くの大学が参加しているエンジニアリングアレイ

として 20 台が製作されその内の 18 台が現地に展開され試験的にデータ収集を行う事が出来た

教育研究業績

学術論文 １PAchard SKGupta YHayashi SKawakami SCTonwar et al ldquoMeasurement of the atmospheric muon spectrum from 20 to 3000 GeVrdquo

Physics Letters B 598 15‒ 32 (2004) ２SKGupta YHayashi SKawakami HKojima TNonaka HTanaka SCTonwar

et al

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ldquoGRAPES-3 A high-density air shower array for studies on the structure in the cosmic-ray energy spectrum near the kneerdquo

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 540 311-323 (2005)

学会研究会講演 日本物理学会 2004年秋季大会(2004年 9月) 高知大学 1 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（2） 2 川上三郎テレスコープアレイ計画 78地表検出器の総合試験の評価 日本物理学会 第 60回年次大会(2005年 3月) 東京理科大学 1 大嶋晃敏Ooty空気シャワー実験 20（検出器間の相対時刻較正Ⅳ） 2 小島浩司大面積高精度muon望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（3）

学位論文

博士論文 （Study of Cosmic Ray Sidereal Anisotropy with GRAPES-3 Muon

Telescopes） ( A Study of Nuclear Composition of Primary Cosmic Rays with GRAPES-3

Air Shower Experiment )

研究助成金取得状況

１ 林 嘉夫学術振興会基盤研究（B）（360万円） 「空気シャワーアレイ用粒子到来時刻較正システムによる角分解能向上の研究」 ２ 川上三郎学術振興会基盤研究Ｃ （50万円） 「大型ミューオンテレスコープによる太陽フレアと銀河宇宙線の異方性の研究」 ３川上三郎文部科学省特定研究 （10100万円） 「地表検出器の開発と AGASA検出器による較正」 ４川上三郎東京大学宇宙線研究所共同利用 （55万円） 「大型ミューオンテレスコープによる銀河宇宙線強度の観測」

海外出張および海外研修

１ 林 嘉夫インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と宇宙線化学組成の研究」 2004年8月7日－2004年10月5日

小島浩司 GRAPES-3 ミュオン望遠鏡による宇宙線恒星時異方性の研究 田中秀樹 GRAPES-3 空気シャワー実験による一次宇宙線原子核組成の研究

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インドタタ研究所「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と

宇宙線化学組成の研究」2005年1月24日－2005年3月8日

２ 川上三郎インドタタ研究所インド天文物理学研究所 「新しい日印宇宙線共同研究についての打ち合わせ」2005年 1月 6日～17日

3川上三郎米国ユタ州ミラード郡 「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日

4奥田剛司米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作及び設置」 2004年 11月 15日～12月 23日 ５松山利夫米国ユタ州ミラード郡「宇宙線望遠鏡計画地表検出器の製作設置」 2004年 11月 15日～12月 1日 ６大嶋晃敏インドタタ研究所 「空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線

源と宇宙線化学組成の研究」 2004年9月16日－2005年1月10日

その他

1 川上三郎東京大学宇宙線研究所実施専門委員 2 川上三郎大阪大学附属核物理センター運営委員

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高エネルギー物理学研究室

奥沢 徹 教授 清矢 良浩 助教授 山本 和弘 助手

平本 潤一(M2) 坂井 俊之(M2) 脇坂 隆之(M1)

東田 翼(B4)

研究概要 陽子反陽子衝突型加速器を用いた素粒子実験（奥沢清矢山本平本坂井脇坂） 米国フェルミ国立加速器研究所における日米協力研究の一環として陽子-反陽子衝突型加

速器テバトロンと汎用型素粒子検出器CDFを用いた実験を遂行したRun-Iのデータ収集は

すでに終了しており重心系衝突エネルギー18TeVにおいて積分ルミノシティ約109pbminus1の

データが蓄積されているそのデータを用いたヒッグス粒子の探索トップクォーク性質

の調査電弱相互作用の測定QCDの検証超対称性に関連する新粒子やR-Parityを破る現

象の探索などの実験の解析を行ってきたがそれら一連の解析は終了しつつある 本年度においても重心系衝突エネルギ

ー196TeV でのRun-IIデータ収集が順調

に継続中である加速器のビーム強度も本

年度は10倍以上に増強され積分ルミノシ

ティも2005 年3月現在で900pbminus1となった

この内磁気テープに保存されデータ解析

に使用可能な分が約700pbminus1となっている

(図1) この高統計データを用いたヒッグ

ス粒子の探索ボトムクォークやトップク

ォークの性質をさらに詳しく調べるため

の解析が精力的に進められ結果も出始め

ている（学術論文1-30)CDF Run-II検出

器の詳細については参考文献1を参照され

たい我々の研究室では本年度も検出器

各部の校正とデータ解析用の大容量ディ

スク装置の更なる整備を行い解析のため

の計算機能力増強が継続され主にヒッグス粒子やSUSY粒子探索を遂行している特に今

年度は中性ヒッグス粒子探索に於いて大きな進展があったのでここで紹介する 我々の研究室が担当しているヒッグス粒子の探索モードは 0 pp Wh WWW Xν νplusmn plusmnrarr rarr rarr (1)

というW ボゾン付随生成からのヒッグス粒子がWW へ崩壊し終状態に同符号の電荷を持つ

２つのレプトン(e または μ)が現れるというモードであるヒッグス粒子を除いた素粒子標

準模型ではこの「同符号電荷二重レプトン」という事象は非常に稀なため標準模型を越え

る素粒子探索には非常にシグナルノイズ比が良いという利点がある我々は2004年夏までに

蓄積された1935pbminus

1

図1CDFにおける積分ルミノシティ

1

cgt

のデータを用いて同符合電荷二重レプトンを持つ事象を選び出し様々

な吟味を加えた先ず種々の検出器からの応答からレプトンであるという同定を与えた後に

さらに２つのレプトンの横運動量 が p を満たすサンプルを集め

た結果得られた事象数は標準模型から得られる量と誤差の範囲で一致を見た特に図2

に示すようにヒッグス粒子に感度が高い領域(縦軸 が小さい方のレプトンの 横軸

２つのレプトン運動量のベクトル和の横成分)に於いて期待値095plusmn061(stat)plusmn018(s

yst)に対して検出数は0であったこのことから我々は

Tp 20 GeVTp cgt 6 GeVT

Tp Tp

0pp Whrarr の生成断面積と

の崩壊分岐比の積

0 h WWrarr0 0( ) (pp Wh Br h WWσ rarr sdot rarr ) に対する上限値を95の信頼度でハドロンコ

ライダーにおいて世界で始めて得ることに成功した(図3)(参考文献2) 論文は現在執筆中

である理論値に対してまだ２桁の開きがあるが現在さらに蓄積された1fbminus1のデータを解

29

析中であるまた図4は現在までにテバトロンで得られたヒッグス粒子探索全体の様子である

p0 20 40 60 80 100 120

0

10

20

30

40

50

60-11935 pbCDF Run II Preliminary

(GeVc)

eee

μμμμe

Expected 62plusmn 34

Region C

Expected 293plusmn 71Observed 30

Region B

Region A

Observed3

Expected 81plusmn 31Observed 12

Signal boxExpected 095plusmn 080Observed0

)2Higgs mass (GeVc

-11935 pbCDF Run II Preliminary

Cross section upper limit of WH signal

100 120 140 160 180 200100 120 140 160 180 20010

2

101

1

10

102

Observed 95 CL limit

SM higgs

Bosophilic higgs

図2最終的に得られた事象数に対する期待値との

比較

図3得られた断面積の上限値(95CL)と理論値と

の比較

10-2

10-1

1

10

110 120 130 140 150 160 170 180mH (GeV)

Tevatron Run II Preliminary

H WW() lνlνCDF 360 pb-1

H WW() lνlνD0 299-325 pb-1

SM gg H WW()

WH lνbbndash

CDF 319 pb-1

WH eνbbndash

D0 382 pb-1

SM WH Wbbndash

ZH ννndashbb

ndash

D0 261 pb-1

ZH ννndashbb

ndash

CDF 289 pb-1

SM ZH Zbbndash

WH WWWCDF 194 pb-1

WH WWWD0 363-384 pb-1

SM WH WWW

September 29 2005

図4現在までにTevatronで得られたヒッグス粒子探索の結果と理論予測

との比較 2 νμ―ντ振動実験（奥沢）

スイスジュネーブにある欧州共同利用原子核研究所(CERN)で行ったνμ―ντ振動実験の

解析を継続しているこの実験はニュートリノの質量の有無を調べることを主目的として

いる現在は原子核写乾板の画像解析もほぼ終了しているこの乾板中に記録された反応は

通常のν原子核反応としても扱えるのでこれを利用してチャームクォークの質量の精密計

測ν原子核反応前段面積の測定なども行っている（学術論文31-33）

30

図5シリコンマイクロストリップ飛跡検出器

Hダイバリオン及びペンタクォークの探索（山本） 高エネルギー加速器研究機構（つくば市）の陽子シンクロトロン施設においてK－ビームを

用いたΛΛ超重核探索実験(KEK-PS E373)のデータ解析作業を昨年度に引き続き進行中で

ある実験内容は昨年度の年次報告を参照されたい今年度はこれに加えて米国立ブルック

ヘブン研究所または現在茨城県東海村に建設中の文部科学省大強度陽子シンクロトロン施

設J-PARCで予定されている高統計の次期実験のためのシリコンマイクロストリップ飛跡検

出器の製作とテストを行った無事に実機の１号機(図5)は完成し宇宙線を使ったテストも

良好な結果を得ているまた同じく高エネルギ

ー加速器研究機構においてシンチレーティングフ

ァイバーブロック標的を用いたHダイバリオン共

鳴探索実験(KEK-PS E522)のデータ解析も続行

している（京都大学大阪大学東京理科大学

岐阜大学高エネルギー加速器研究機構との共同

研究）これはK－＋12CrarrΛ＋Λ＋K＋

3

＋X 反応を測

定しΛ＋Λ系の不変質量を再構成することによ

り(uuddss)の６クォーク状態と考えられているHダイバリオン共鳴状態を探索するものである以

前の実験でΛ＋Λ系の不変質量にピークらしいも

のが観測された(参考文献3)のを受けて高統計で

その真偽を確かめることを目的としている解析

は最終段階に入っておりプレリミナリな結果ではあるがやはり今回も理論で予測される

スペクトルよりも多少の超過が確認された(図6)この予想スペクトルに対する統計的優位性

は27σであるまたこの実験では同じセットアップを用いて π－＋prarrK－＋Θ＋rarrK－＋K＋＋n の反応を仮定してのペンタクォークΘ＋の探索も行われたΘ＋は( uudds )の５クォーク

状態として2003年に世界で始めて日本のSPring-8で発見され(参考文献4)その後ITEP(ロシ

ア)Jeffersonlab(米国)ELSA(ドイツ)等で追認され測定された質量は1530～1540MeVc

2である(参考文献567)しかしその多くがγ-核子反応からのものでハドロン反応での生

成はITEPでの泡箱写真解析による非常に少ない統計しかない状態であったので今回の

KEKでの実験となった入射π－の運動量は192GeVcであるデータ解析はp(π－K－)系でのmissing mass (喪失質量)を計算することで行いもし終状態に特定の粒子が出来ていれ

ばピークが立つはずである解析はほぼ終了しておりプレリミナリな結果として図7を得た

1530MeVc 2辺りにバンプが見られるバンプの中心値は1530 (stat) (syst)MeVc 2で

あるが統計的有意性は25σであり統計揺らぎの可能性も否定できないので今後のより

統計の高いデータが望まれる

+minus2219

+minus1913

Preliminary

図6ΛΛ不変質量分布 図7p(π－K－) 系の missing mass 分布

31

図8シンチレーティングファイバーブロック検出器で

得られたΣ＋p散乱の飛跡

4 ハイペロン－核子散乱断面積の測定（山本） これは山本が大学院時代から参加していた実験で今年度ようやくデータ解析が終了して

学術雑誌への発表も終わったのでその内容を紹介させて頂く核子－核子散乱データは今

日まで非常に多くの測定データが蓄積され

核子間相互作用の理解は非常に深まっている

がその反面同じバリオンであるΛΣ

Ξなどのハイペロンとの相互作用の研究は

その寿命の短さから来る実験データの少なさ

も相まって未だ発展途上にある言うまでも

ないがその先の目標はバリオン－バリオン

間相互作用の統一的理解であるそこで我々

は上記の3と同じ高エネルギー加速器研究機

構陽子シンクロトロン施設においてシンチ

レーティングファイバーブロック標的を用い

たΣ p 散乱断面積を求める実験を行い

(KEK-PS E289)そのデータ解析を行ってき

たΣ－p散乱に関しては既に発表済(参考文献

8)であるので今回はΣ＋p散乱の結果である

図8はシンチレーティングファイバーブロッ

ク標的で得られたΣ＋p散乱事象の例で実験

手法としては先ず167GeVc の入射π＋ビー

ムを使って得られた p(π＋K＋)Σ＋ 反応を探し出しそこでのΣ＋を今度は入射Σ＋ビーム

と見立てて陽子との散乱事象を測定するというものであるΣ＋の運動量が350MeVc ～750MeVc の範囲の断面積を求めたのもを図9に示す理論モデルとの比較においては

Nijmegenモデル(参考文献9)よりもRGMモデル(参考文献10)の方が近い結果を見せている

(学術論文34)

This work

(b)

This work

(a)f

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4u (cm) v (cm)

π+

K+

Σ+Σ+

pπ+

π+

K+

Σ+

Σ+

p

π+

図9Σ＋ｐrarrΣ＋ｐの弾性散乱断面積(a)Nijmegenモデルとの比較(b)RGMモデルとの比較 参考文献 1 DAcosta et al (CDF Collaboration) Phys Rev D 71 032001 (2005) 2 httpwww-cdffnalgovphysicsexoticr2a20041014lsdilep_whwww 3 J K Ahn et al (KEK-PS E224 Collaboration) Phys Lett B444 267 (1998) 4 T Nakano et al Phys Rev Lett 91 012002 (2003) 5 V V Barmin et al (DIANA Collaboration) PhysAtomNucl 66 1715 (2003) 6 V Kubarovsky et al (CLAS Collaboration) Phys Rev Lett 92 032001 (2004) 7 J Barth et al (SAPHIR Collaboration) Phys Lett B572 127 (2003) 8 Y Kondo et al (KEK-PS E289 Collaboration) Nucl Phys A676 371 (2000) 9 Th A Rijken V G J Stokes Y Yamamoto Phys Rev C 59 21 (1999) 10 Y Fujiwara K Miyagawa M Kohno Y Suzuki Phys Rev C 70 024001 (2004)

32

教育研究業績 学術論文 1 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Long-Lived Doubly-Charged

Higgs Bosons in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 071801 (2005)

2 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoFirst Evidence for 0sB φφrarr Decay and

Measurements of Branching Ration and A(CP) for B Kφ+ +rarr rdquo Phys Rev Lett 95 0 31801 (2005)

3 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Moments of the Hadronic Invariant Mass Distribution in Semileptonic B Decaysrdquo Phys Rev D 71 051103 (2005)

4 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Production Cross Section in

W W+ minus

pp Collisions at s = 196TeV using Dilepton Eventsrdquo Phys Rev Lett 94 211801 (2005)

5 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry from W eνrarr Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 051104 (2005)

6 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for ZZ and ZW Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 091105 (2005)

7 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the J ψ Meson and Hadron Production Cross Sections in

Bpp Collisions at s = 1960GeVrdquo Phys Rev D 71 032001

(2005)

8 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoAnalysis of Decay-Time Dependence of Angular Distributions in 0 SB J ψ φrarr and 0 d

0B J Kψrarr Decays and Measurement of the Lifetime Difference between Mass Eigenstatesrdquo Phys Rev Lett 94 101803 (2005) SB

9 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Cross Section for Prompt Diphoton Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev Lett 95 022003 (2005)

10 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Anomalous Kinematics in tt Dilepton Events at CDF IIrdquo Phys Rev Lett 95 022001 (2005)

11 K Hara T Okusawa K Yamamoto et al ldquoSensors for the CDF Run2B Silicon Detectorrdquo IEEE Trans Nucl Sci 51 1546-1554 (2004)

12 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurements of BB Azimuthal Production Correlations in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 092001 (2005)

13 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of the Boson Polarization in Top Decay at CDF at

Ws = 18TeVrdquo Phys Rev D 71 031101 (2005) Erratum-ibid D 71 059901 (2005)

14 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoMeasurement of the Forward-Backward Charge Asymmetry of Electron-Positron Pairs in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 052002 (2005)

15 D Acosta T Okusawa Y Seiya et al ldquoMeasurement of Charged Particle Multiplicities in Gluon and Quark Jets in pp Collisions at s = 18TeVrdquo Phys Rev Lett 94 171802 (2005)

16 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Scalar Leptoquark Pairs Decaying to qqνν in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 112001 (2005) Erratum-ibid D 71 119901 (2005)

17 D Acosta T Okusawa Y Seiya K Yamamoto et al ldquoSearch for Electroweak Single Top Quark Production in pp Collisions at s = 196TeVrdquo Phys Rev D 71 012005 (2005)

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