東京理科大学 創域理工学部 先端物理学科

物質を分子→原子→原子核→... と分割していき、それ以上分割できなくなったものを素粒子と呼びます。それら素粒子の関わる多くの現象は素粒子標準模型によって説明できます。一方で、宇宙に存在する暗黒物質やニュートリノの質量の起源など、素粒子標準模型では説明できないこともたくさんあります。よりミクロな世界の自然法則の解明を目指し標準模型を超える物理を探究しています。

トポロジカルソリトンは、素粒子物理学における粒子の諸性質(対称性、質量、電荷など)や、宇宙物理学におけるブラックホールやブレインワールド(膜宇宙)、さらには超伝導体や半金属の物性など、多岐にわたる現象の記述に用いられる概念です。本研究室では、解析的、あるいは数値シミュレーションの手法を用いてそれらの研究を行っています。

重い星は、最後にコアがつぶれて中性子星を形成すると同時に超新星爆発を起こします。その際に放出される超新星ニュートリノや原始中性子星の進化などを数値シミュレーションを用いて研究しています。また、過去の超新星から放出されて宇宙に蓄積している超新星背景ニュートリノの観測による宇宙史研究の可能性についても調べています。

素粒子物理学の研究では、物質を構成する最も基本的な要素と、その間に働く力の法則を探求しています。中でもニュートリノは、未だに解明されていない部分が多く、ビッグバン直後の宇宙を理解するための手がかりとなる可能性もある興味深い素粒子です。また、大統一理論の検証も素粒子物理学の重要な研究テーマです。本研究室では、ニュートリノの観測や陽子崩壊の探索などの実験により、宇宙と素粒子の謎に迫ります。

宇宙には数百万度を超える超高温であったり、10¹²テスラを超える超強磁場を持つ天体があり、それらの天体の多くが目で視えないX線を放射しています。私たちの研究室では、そのようなX線を放射する天体の中でもブラックホールや中性子星などの天体を観測し、激動する宇宙の描像を明らかにしようとしています。また、天体が放射するX線を視るための次世代のX線イメージセンサーの開発も行っています。

本研究室では、非平衡統計物理学、非線形科学、理論生物物理学を中心に、複雑な現象に潜む普遍的な統計法則の解明を目指しています。特に、異常輸送や非定常現象における長時間平均の普遍性（無限測度エルゴード理論）に注目し、理論解析や数値シミュレーションで研究を進めています。これらの研究を通じて、非平衡状態における物理現象の普遍性の理解を深め、他分野への波及的な貢献を目指しています。

物性理論の研究室です。格子上の電子集団が織り成す多彩な協力現象、例えば磁性や超伝導に関わる現象の理論的、数値実験的研究を行っています。物質の磁性は、主として電子スピンに由来します。電子スピンの量子力学的状態を、スーパーコンピューターを使って正確に計算するといったことも行っています。

強相関電子系物質や量子物質を主な対象とし、それらの物質群が示す電気・熱輸送現象やエネルギー変換に関わる性質（機能物性）の基礎・応用研究を進めています。実験としては、新物質合成や物性評価を行い、それらの物質群に潜む普遍的な物理法則を探求しつつ、機能性物質の新たな設計指針を提唱したいと考えています。

有機分子の関わる様々な表面・界面の構造、および電子構造の研究を行っています。特に、さまざまな有機分子吸着系や有機半導体薄膜の界面電子構造、また、新しい電子機能性有機分子の電子構造の解明など、有機エレクトロニクスの基礎となる研究を推進しています。

有機物質は、医薬やプラスチックなどとして身近な存在ですが、超伝導や強磁性など顕著な物理的性質を示すものや、液晶のような電子材料も含みます。無数にある有機分子には、未解明の潜在的機能がまだ多く、新たな分子で未知の物理現象を発見・解明する研究を進めています。

固体物理学は、金属、半導体、磁性体等のさまざまな物質中の多彩な物理現象を研究対象とします。これらの現象は、電子等の多数の構成粒子の間の相互作用によって生じます。本研究室では、相互作用が特に強い電子系を持つ物質の研究を、低温などのさまざまな状態下での実験を通じて行います。

光の波長サイズで周期的な微細構造はフォトニック結晶と呼ばれ、光の流れを制御する材料として注目を集めています。昆虫などの自然界の生物は同様な構造を利用して鮮やかな色を生み出しています。本研究室では、微細構造が引き起こす多彩な光学現象、構造が形成される過程など、自然界の生物が持つ巧みな仕組みを物理の観点から研究しています。