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| 素粒子・原子核コース、物質・生命コースの演習課題の予定です。 | ||||
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演習課題P01 | ワイヤー1本で素粒子をとらえる |
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| ～素粒子・原子核実験の心臓部分「ワイヤーチェンバー」を作ろう～ | ||||
| 担当教員 ： 東北大学 金田 雅司 | ||||
| 素粒子物理学の実験研究に1960年代後半に情報革命が起こりました。それまでは、放射線の通った軌跡を知るのに 放電を起こして写真を撮影するような方法しかありませんでした。しかし、G. Charpak の発明した Multi-Wire Proportional Chamberは電子回路と組み合わせることで短時間に大量のデータを 収集することを可能にしたのです。本演習では、その原理部分を製作し実際に測定を行います。 |
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演習課題P02 | ミニ素粒子・原子核実験 |
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| ～ラドン検出器～ | ||||
| 担当教員 ： 筑波大学 江角 晋一 | ||||
| 現在行われている素粒子・原子核の実験では、衝突等により生成される放射線を測定するための粒子検出器を製作し、電気回路等を用いてその信号を収集し、コンピュータ・プログラムを用いたデータ解析により物理結果を得ます。この演習では実験装置を製作し、このような①粒子検出、②信号測定、③データ解析等、全ての重要な実験過程を実際に体験してもらう事が目的です。 |
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演習課題P03 | 磁気スペクトログラフ |
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| ～磁場の中での荷電粒子の振る舞い～ | ||||
| 担当教員 ： 大阪大学 野海 博之 | ||||
| 磁場によって電荷を持つ粒子の軌跡が曲がるというのは高校でも習うと思いますが、
実際に見たことはありますか？本演習では、運動量測定のための装置として、 磁場中の運動を利用する磁気スペクトロメーターを大型電磁石を用いて実際に構築し測定を行います。 |
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演習課題P04 | 高周波加速器の製作と電子生成 |
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| ～３Dプリンターで加速器を作って電子を加速しよう～ | ||||
| 担当教員 ： 金沢大 曽我 之泰 KEK加速器研究施設 吉田 光宏、夏井 拓也、佐藤 大輔 | ||||
| 3Dプリンターと無電解メッキで低エネルギーの簡易なRF電子銃を製作して電子ビームが実際に高周波加速空洞で加速されるのを観測し、加速器の空洞設計・電子源等の包括的なイメージを掴む。 |
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演習課題P05 | プランク定数を測ろう |
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| 担当教員 ： 大阪大学 佐藤 朗、森津 学、久野 良孝 KEK素粒子原子核研究所 西口 創 |
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| 物理学の基本定数の一つであるプランク定数hを測定により決定します。身近にある道具を使って、
光電効果を測定し、光の粒子性と波動性について考えましょう。実際に最前線で活躍する研究者と同じように、
皆さんの頭と手を駆使して実験方法から考え、この不思議な現象を解き明かしてください。 |
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演習課題P06 | 宇宙線ミューオンを捕まえて素粒子の対称性を調べよう |
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| 担当教員 ： 九州大学 東城 順治、吉岡 瑞樹、 KEK素粒子原子核研究所 三原 智、三部 勉、上野 一樹 |
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| 宇宙にはエネルギーの高い粒子が飛び交っています。その粒子を宇宙線と呼びます。宇宙線は地球にも降り注いでいて、素粒子のミューオンは手のひらに毎秒1 個程度やって来ます。この演習課題では、宇宙線のミューオンを捕まえて、素粒子物理で重要な役割を担う弱い相互作用の対称性を調べます。 |
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演習課題P07 | Photon is our business, too! |
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| 担当教員 ： 名古屋大学 中村 光廣、林 煕崇、中野 敏行、佐藤 修、中 竜大、森島 邦博 ほか | ||||
| 光に関する二つの実験をします。 １）光速度の測定・・・レーザー光変調を用いた現代版フィゾーの実験装置を制作し、光の速度を測定します。精度３桁を目指します。 ２）二重スリットを用いた光子の裁判実験に偏光の要素を加味した実験を行います。 装置はＬＥＤ光源と暗視装置、画像積分器。通り道が区別できないと干渉し、区別できると干渉しない？？・・どうしてかな。 |
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演習課題M01 | ミュオンによるミクロな磁性測定と高温超伝導 | ||
| 担当教員 ： KEK物質構造科学研究所 小嶋 健児、岡部 博孝、中村 惇平 | ||||
| μ粒子(muon: ミュオン)は生まれながらにしてスピン角運動量の向きがそろっている「ミクロな磁石」である。このスピン偏極したミュオンを物質中に打込むと、停止位置の磁場を感じて、スピンの向きがラーマー回転運動する。このミュオンが寿命2.2マイクロ秒後に陽電子とニュートリノに崩壊する時、放出された陽電子はスピンの向きに出やすい性質があるので、その角度分布測定から、崩壊時のミュオンのスピンの向きが分かり、物質中の磁場の大きさが分かる。以上の「ミュオンスピン緩和法(μSR法)」は物質中の磁性を調べる標準的な手法となっている。 本演習では、夏の演習期間に(1)宇宙線に含まれるミュオンの寿命を測定し、同時に秋のビーム演習で測定する(2)高温超伝導体試料を作成し、帯磁率・電気抵抗測定などを行う。 |
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演習課題M02 | 非晶質の構造を調べよう |
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| 担当教員 ：京都大学 小野寺 陽平 KEK物質構造科学研究所 本田 孝志 | ||||
| 私たちの身の回りにある物質・物性の基礎となる結晶構造。 その構造の規則性を回折実験を用いることで調べることができる。しかし、ガラス等の非晶質や液体といった分子クラスターが不規則的に配列した物質群の場合、従来の回折実験では構造を調べることは不可能である。 そこで全散乱法という手法を用いることで分子クラスター内及びクラスター間のボンド長のレベルまで調べることが可能となる。 同じ組成を持つが物性の異なる石英とシリカガラスといった例をいくつか挙げ、従来の結晶構造解析から非晶質の結晶構造解析まで、X線・中性子線回折の違いを通して体験してもらう。 |
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演習課題M03 | タンパク質の動きとその姿 |
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| 担当教員 ：北海道大学 内田 毅 自治医科大学 佐藤 文菜 KEK物質構造科学研究所 川崎 政人、引田 理英 |
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| ひとつひとつのタンパク質はそれぞれ特有の機能を持っており、その機能メカニズムを理解するためには、タンパク質を構成する原子の空間的な配置とその化学的諸性質を知ることが非常に重要である。言わば設計図と性能を知る必要がある。これらの情報は、それぞれX線結晶構造解析法と振動分光法から得ることができる。 本実習では、我々のような生命活動を維持するために酸素を必要とする生物が持っている、酸素の一時貯蔵や組織への供給を担うタンパク質であるミオグロビンを用いて、X線結晶構造解析法と振動分光法の2つの手法を活用してタンパク質の機能メカニズム解明にアプローチしてもらう。 |
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演習課題M04 | 環境に存在する重元素の化学状態を調べる |
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| 担当教員 ：千葉大学 沼子 千弥 KEK物質構造科学研究所 丹羽 尉博、阿部 仁 | ||||
| 私たちの環境に存在する重金属元素は、その化学状態（酸化数・化学組成・化学結合等）により、毒性などの生物に対する影響力が変化します。よって、私たちの身の回りの物質、例えば飲料水や下水などを安全に管理するためには、その存在量を低下させること（除去）とともに、安全な形に変化させることなどが効果的です。この化学状態を知るのに最も強力な分析手法のひとつがX線吸収微細構造法(XAFS)です。 この演習では、理科の実験でできてしまった重金属廃液を、環境に戻すことのできるレベルまで純化する過程で、目的の重元素の化学状態がどのように変化していくかをXAFSを使って調べていきます。 |
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演習課題M05 | 質量分析器を組み立ててみよう |
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| 担当教員 ：上智大学 小田切 丈、星野 正光 KEK物質構造科学研究所 足立 純一 | ||||
| 質量分析法は、物質の組成を分析する重要な手段の一つである。 本演習では、質量分析器の組み立て、真空立ち上げ (測定槽内部に気体がほとんどない状態にすること)、レンズ系および検出器の調整を行なうことにより、質量分析法の原理・実験操作を理解し、実際に簡単な分子の質量分析スペクトルの測定を行うことにより、電子衝撃あるいは光励起による分子の電離過程および引き続く解離過程について考察を行う。 |
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