最先端研究を訪ねて

【素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理】

宇宙背景放射

見えない電波や素粒子を観測し、宇宙創成の謎を解明する

石野宏和先生

岡山大学

理学部　物理学科（学術研究院自然科学学域）

◆この研究はどのように着想しましたか

私の研究分野は、宇宙の精密観測から物理の基本法則を理解するための学問分野です。それを可能にするのは、望遠鏡を使った可視光による観測が１つの手法ですが、目に見えない電波や素粒子のニュートリノを使っても可能です。

例えば、目に見えない波長のある電波は、宇宙背景放射と呼ばれる宇宙最古の光であり、ビックバンの名残りです。それを詳しく観測することによって、宇宙ビックバンの前の様子を見ることが可能になります。

中学生の頃は、身の回りの何気ない現象について興味を持っていました。例えば、スーパーボールが弾んだら、どのような軌道を描くのか、塩の結晶はどうできるのかなど。おもりを糸につけて垂らし、コップの水の中に沈めると、浮力でおもりは軽くなるが、コップは重くなる。最初これを発見した時は、全く理由が分からなかったのですが、理科の先生と議論して理解を得られたことは印象的でした。

高校では、数学・物理・化学を学ぶのがとても楽しかったです。大学に入り、物理学と数学（微分積分、行列、複素数）が結び付き、とても感動しました。今思うと、物理学をもっと知りたいという欲求が、研究の道を志す大きなきかっけでした。

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◆宇宙物理実験グループHP

◆石野宏和HP

宇宙からの電波を精密に測定する装置の開発研究。その装置を使って得られる物理量の推定およびデータ解析。

◆主な業種

・自動車・機器、船舶・機器、航空機・航空機器、その他の輸送用機械・機器

・コンピュータ・情報通信機器、半導体・電子部品・デバイス

・光学機器、精密機械・機器（医療機器・光学機器を除く）

・通信、電気・ガス・水道・熱器供給業

・小・中学校、高等学校、専修学校・各種学校等

・大学・短大・高専等、教育機関・研究機関

・官庁、自治体、公的法人、国際機関等

◆主な職種

・基礎・応用研究、先行開発

・設計・開発、製造・施工

・品質管理・評価

・商品企画・マーケティング（調査）

・人事・労務・研修、総務

・中学校・高校教員など

・大学等研究機関所属の教員・研究者

◆学んだことはどう活きる？ 

研究開発によって得られた衛星機上のプログラミング技術を、自動車の自動運転技術の開発に活かした例があります。就職後、会社の上司から大活躍している旨の連絡がありました。

20世紀末までの物理学は、研究室や加速器などの実験施設を使って発展してきました。21世紀に入り、観測技術が飛躍的に発達したことにより、宇宙自体も物理学の実験室としてみなされるようになってきました。今後は宇宙の仔細を紐解くことにより、究極の物理法則の解明に迫ろうとしています。

・宇宙の始まりから現在まで、宇宙は膨張し冷えていく歴史を持ちます。その間に宇宙の中ではとても熱いビックバン状態から、宇宙背景放射ができ、星・銀河が形成されました。この宇宙の歴史についてどの時刻でどのようなイベントが起きたのかを詳しく調べてみましょう。

・微小粒を液体に入れ顕微鏡で観察すると、ランダムな動きが観察されるブラウン運動。この運動を理論的に考察することにより、アボガドロ定数を求めることができ、物質は原子や分子から構成されていることを指摘したのはアインシュタインでした。アインシュタインはどのような考察からこの結論に至ったのか調べてみよう。

サッカーボールをパスするプレイヤーの数を２、３、、、と増やしていくとどのようにボールは運動するのか。簡単なモデルを立てて調べてみよう。

・空が青いのは波長が短い光がレイリー散乱されるからである、とよく説明されていますが、より詳しく調べよう。そこには、屈折率に対する深い理解が必要であり、ゆらぎという概念も潜みます。歴史的にはレオナルド・ダ・ヴィンチが説明を試みた文献も存在します。空が青い理由についての研究の歴史についても探ってみよう。