演習課題P01反粒子を捕まえて遊ぼう  ～ 最軽量原子ポジトロニウムを作ろう～

担当教員 ： 東京工業大学  陣内 修首都大学東京  汲田 哲郎

電子の反粒子である陽電子は、ベータプラス崩壊と呼ばれる原子核崩壊過程から容易に得ることができます。陽電子を利用して素粒子レベルの実験をお手軽に体験してみましょう。

本演習では、陽電子と電子が準安定的に結合した「原子」ポジトロニウムを生成し、ガンマ線に崩壊する過程を観測します。そして、スピン状態によって崩壊過程が異なること、崩壊過程や寿命が量子電気力学で記述できることを学びます。

演習課題P02ワイヤー1本で素粒子をとらえる  ～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。

演習課題P03ミニ素粒子・原子核実験  ～ラドン検出器の製作と測定～

担当教員 ： 筑波大学  江角 晋一、三明 康郎

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。

演習課題P04磁気スペクトログラフ  ～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

円形磁極をもつ電磁石を用いて、荷電粒子の軌道と運動量分析の方法について学習します。

原子核が壊変して放出される電子 (ベータ線) のエネルギー分布を測定し、スペクトルの解析と評価を行います。測定装置の組上げから測定結果（物理）の評価まで、実際の素粒子原子核実験研究と同様の手順を一通り体験できます。

演習課題P05プランク定数を測ろう

担当教員 ：  大阪大学  山中 卓、南條 創

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。

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

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

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。

演習課題P07時間反転対称性の破れ探索  ～フェルミオン電気双極子能率～

担当教員 ： 名古屋大学  清水 裕彦、北口 雅暁

精密測定を通じた素粒子実験の一つである、電気双極子能率（EDM）の探索を行います。大きなEDMの存在は標準模型を超える物理の証拠になります。スピン偏極したXe原子核が電磁場中で歳差回転する周波数を核磁気共鳴（NMR）の手法で測定し、電場による周波数の変化からEDMを探します。

演習課題M01タンパク質の形を見てみよう

担当教員 ： 東京薬科大学  小島 正樹   KEK物質構造科学研究所  清水 伸隆、安達 成彦<

生命活動は、生体内に存在する様々なタンパク質が協同的に機能することによって成り立っています。構造生命科学は、この機能メカニズムをタンパク質の立体構造に基づいて明らかにしようという分野ですが、アミノ酸残基レベルの局所構造からタンパク質全体の構造、さらにはタンパク質分子間の相互作用状態まで幾つかの階層的な空間スケールに基づいて議論することになります。

本演習では、タンパク質の構造状態を階層的に理解するために、紫外可視分光法・円二色性・光散乱・X線小角散乱などの手法を用いて解析します。

演習課題M02放射光イメージング  ～未知の世界を覗いてみよう！～

担当教員 ： 東京理科大学  小嗣 真人   東京大学  藤森 淳   東北大学  百生 敦   KEK物質構造科学研究所  兵藤 一行、小野 寛太

イメージングは対象物のいろいろな情報を可視化する手法であり、カメラやビデオをはじめとして様々な分野で活用されている。最近では特に画像処理、パターン認識などの情報処理技術と組み合わせることで、自動車の自動運転から医療、さらには物質・生命科学の研究まで盛んに使われている。放射光を光源として用いる放射光イメージングは、優れた物理的特性を持ち、非破壊で対象試料を観察するイメージング手法として、Ｘ線の波としての位相情報を利用する様々な位相コントラストイメージング法がなどの研究が進んでいる。

演習では、放射光イメージングの基礎として最先端の実験手法と画像処理に関して学習し、実際に手を動かして実験装置の組み立てから、データの取得・解析、可視化までを行う。

演習課題M03活性な触媒を作ってみよう  －担持金属ナノ粒子の作製と活性評価－

担当教員 ： 慶応義塾大学  近藤 寛、吉田 真明   KEK物質構造科学研究所  雨宮 健太、酒巻 真粧子

触媒は皆さんもご存知のとおり、ただ混ぜただけではなかなか進まない化学反応を驚くほどの効率で進ませるすごい物質です。ここでは自動車で使われている触媒を実際に作ってみて、その活性を調べます。この触媒の実体はアルミナ粒子の上にのった金属ナノ粒子で、金属には白金族金属を用います。触媒反応としてはCO酸化反応を用い、COと酸素を触媒に流しながら質量分析計で活性を調べます。どの白金族金属をどのように用いるかで活性が変わります。

皆さんのアイデアでより活性の高い触媒を作ることに挑戦してみましょう。

演習課題M04質量分析器を組み立ててみよう

担当教員 ： 東京工業大学  河内 宣之、北島 昌史、穂坂 綱一   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、自分たちの手で、質量分析器の組み立て、真空を立ち上げ (測定槽内部に気体がほとんどない状態にすること)、粒子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・実験操作を理解する。原理が理解できれば、装置の改良にも取り組むことができる。そして、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。

演習課題M05プラズマを使って物質の成分を分析する

担当教員 ： 東京工業大学  中村 一隆   KEK物質構造科学研究所  一柳 光平、深谷 亮

近年、電化製品等に幅広く応用されている"プラズマ"は、電離した気体であり、固体・液体・気体に続く第4の状態と呼ばれています。ここで、短パルスレーザーを物質にあてると、僅かな時間の間だけ、高温高密度のプラズマを生成することができます。夏の演習では、このレーザー生成プラズマを利用し、物性評価に応用します。また、秋の演習では、このレーザー生成プラズマを物質表面で衝撃波に変換し、原子構造が高速に破壊されていく様子を放射光X線で観測することで、材料開発への応用研究を学びます。