最先端研究を訪ねて

【生物物理・化学物理・ソフトマターの物理】

粉体物理

粉体の物理学の不思議と未解明を解き明かし、地球惑星の現象理解へつなぐ

桂木洋光先生

大阪大学

理学部　物理学科（理学研究科　宇宙地球科学専攻）

◆どのように研究を着想しましたか

もともと、ガラスのような固くてもろい材料の壊れ方を研究していましたが、より柔らかい粉状の物質の特性や、その衝突現象に関心を持ちました。この「粉体物理」こそ、クレーターの形成や宇宙ダストからできる惑星系形成の解明のカギを握ると考え、この研究をスタートしました。

中学時代に「生活ノート」という日記のようなものを、毎日担任の先生に提出することとなっていました。その自由記述欄に何かを書くことが最初は面倒だったのですが、中３の最後の頃になると、このノートに数学の問題を解くうちに自分で見つけた法則や、宗教や平等・公平の概念などに関する独自の考えをかなりの分量書くようになっていました（恐らく今見ると恥ずかしくなるような考えなども書いていたんだと思いますが）。それを担任の先生も受け止めて、コメントしてくれていたことを記憶しています。

当時はあまり意識していませんでしたが、振り返ってみるとこのやりとりが「自分で考える」ことの原体験だったのかも知れません。問題を解く技術を磨くことも大切ですが、その上にどのようなことを考えるかということが、研究という活動では大切です。（その考えが独りよがりとならないように、伝えて議論するための技術習得も重要ですが、それは「きっかけ」とはまた別の問題です。）

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◆桂木先生HP

粉体を中心としたソフトマター現象の実験的研究を行い、その基礎物理特性の解明と地球惑星現象、環境現象への応用を主なテーマとして研究を行っています。研究テーマには「振動による砂山崩壊の物理」や「粉体斜面への斜め衝突現象の理解」などがあります。さらに「片栗粉と水を混ぜた系で起こる衝突による液体の急激な固体化現象の理解」や「微小重力下での微小ダストの衝突力学」なども研究テーマにしています。

また、研究テーマの設定では、学生にまず「自分の人生の目標」を再確認してもらい、その目標を意識して、そこから具体的な研究テーマを徹底的に議論してあぶり出すよう、努力しています。

◆主な業種

・システム開発、ものづくりなど

◆主な職種

・技術系

◆学んだことはどう生きる？ 

基本的に理学研究分野なので、卒業研究や修士研究の内容が、直接的に就職後に役立つことは少ないと思います。むしろ、在学中に得たわずかな専門性だけを頼りに卒業後の展開を考えるようでは、視野狭窄になると考えています。学生が将来的に、自ら考え、実行し、責任を取れる人材となってもらうことが、大切な教育要素と考えています。

一方、理系の学部・大学院なので、技術的な知識や手法なども、もちろん習得してもらいます。ただし、それについても、表面的に特定の技術要素を経験するだけでなく、その手法の原理等の理解を努めてもらうことにより、就職後に様々な技術に触れた際に、それらをいち早く習得する勘を養ってもらうよう、意識して努めています。

身近な現象の基礎物理を解明することにより、宇宙・地球レベルの大きな現象についての理解を深めることや、産業プロセスの効率化などに資することができる知見を得たいと考えています。ただし、実際に役に立つ研究を行うことは簡単なことではなく、常に知的好奇心を持って、不思議な現象の本質を理解したいという思いで研究しています。

・固体のブロックを床の上で滑らせようとすると摩擦力がかかります。このとき、接触界面に粉体が存在すると摩擦の性質（滑らせるために必要な力）が変化します。粉体の種類や状態（水を混ぜるなど）によって摩擦力がどのように変化するかを調べてみると面白いかもしれません。

・砂漠の砂や穀物などの典型的な粉体の他に、細粒の粉や群衆挙動など広い意味で粉体とみなせるものはいろいろなところにあります。これら様々な粉体の構成粒子間の力の働き方などが、その種類やサイズによってどのように変化するかを系統的に調べると、何か面白いことが見えてくるかもしれません。

・月や小惑星などの固体天体は砂粒で表面が覆われていることが多く、その表面には様々な不思議地形を見つけることができます。不思議な地形を探し当てて、その地形が生じるメカニズムを考えてみると面白いかもしれません。