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●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～
担当教官 ： 東京工業大学 陣内 修
この演習では、反粒子である陽電子と電子の束縛状態を生成し、そのγ線への崩壊を観測します。電子とγ線は、電磁相互作用を通じて崩壊するので、その崩壊様式を詳しく調べることは現在においても電磁相互作用を研究するための重要な方法となっています。この演習の測定では、スピンの方向による寿命の違いなどを詳しく測定します。
●演習課題P02 最新のシンチレーション検出器を究めよう
～光る結晶と光る液体キセノン～
担当教官 ：横浜国立大学 中村 正吾
素粒子物理学の実験研究においては、反応により生成された放射線を調べることが基本であり、放射線検出の技術は欠くことの出来ない本質的な技術となっています。本演習では、代表的な放射線検出方法の一つである蛍光体を使った検出器に関する実習を基礎から最先端の応用まで網羅して行います。
●演習課題P03 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～
担当教官 ： 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なかったのですが、G. Charpakの発明したMulti-WIre Proportional Chamberは、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P04 ラドン検出器の製作と測定
担当教官 ：筑波大学 三明 康郎
放射性物質は、古来から天然に存在します。その代表的な物質であるラドンを検出する高感度検出器とその信号読出回路を制作し、実際に測定を行います。ラドンは空気中に存在し、私たちの日常の放射線被爆量の約半分はラドンを吸入することによると言われています。実際にどの程度のラドンが存在するか、様々な場所の空気を調べてみましょう。
● 演習課題P05 磁気スペクトログラフ
担当教官 ： 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。
● 演習課題P06 高周波加速器の製作とレーザーによる電子生成
～3Dプリンターで加速器を作ってレーザーで生成した電子を加速しよう～
担当教官 ： KEK加速器実験施設 吉田 光宏
素粒子・原子核実験に不可欠な装置として、荷電粒子の加速器がある。本演習では、実際に簡易な高周波電子加速器を3Dプリンターで製作し、レーザーで生成した電子ビームを実際に観測することで、加速器の空洞設計・電子源等の包括的なイメージを掴みましょう。
● 演習課題P07 宇宙背景放射
～宇宙の温度を測ろう～
担当教官 ： 岡山大学 石野 宏和
宇宙は、宇宙背景輻射という光で満ちています。宇宙背景輻射は、今からさかのぼること137億年前にできた宇宙最古の光です。この宇宙の「化石」は、宇宙誕生後間もないころの情報を沢山含んでいます。この演習では、既存のアンテナやレシーバー等を利用して宇宙背景輻射を実際に検出し、その強度から温度を測定します。
● 演習課題P08 光子を実感する
担当教官 ： 大阪大学 能町 正治
「光」は、あまりに普通の存在です。しかし、良く観察すると大変不思議な性質を持っています。まず、どんな物質も光より速く移動する事は出来ません。また、光は波の性質と粒子の性質を同時に併せ持っています。この実習では、光が持つ不思議な性質を実感してもらいます。
● 演習課題P09 実験室スケールでの万有引力の法則・等価原理の検証
担当教官 ： 立教大学 村田 次郎
重力は何故、かくも”弱い”のか？－この疑問を自然に解消しうる「大きな余剰次元モデル」の予言する、近距離での万有引力の法則の破れを探索すべく、まず小物体間に本当に重力が働くこと、そして万有引力の法則が成り立っているのかを実験 装置の製作からデータ収集・解析まで皆さん自身の手で行って検証します。
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●演習課題M01 ナノ粒子を作って、“見て”みよう
担当教官 ： ＫＥＫ放射光科学研究施設 阿部 仁
物質は小さく、低次元にして行くと通常我々が目にする大きさの時とは異なる性質を現してくる。本演習ではナノ粒子を合成し、そのキャラクターに様々な手法を用いて迫る。放射光を用いた実習では、XAFSと呼ばれる物質の構造や電子状態に関する情報が得られる実験手法を学ぶ。
●演習課題M02 光によってナノ粒子が膨張･収縮運動する様子を観測しよう
担当教官 ： 東京大学 佐々木 裕次
ＫＥＫ放射光科学研究施設 野澤 俊介
ナノ粒子の光応答性を利用したナノサイズデバイスの研究が近年盛んに進められている。実験では、金ナノ粒子に光を照射することで周期振動を持った格子振動を励起し、ピコ秒(一兆分の一秒)の時間スケールで実際に格子が膨張・伸縮する様子をX線回折測定によって観測する。さらには、この励起された格子振動によって、金ナノ粒子の電子状態も同時に変化する様子をレーザー分光実験によって観測し、包括的に動的変化を理解することを試みる。
● 演習課題Ｍ03 タンパク質の形を見てみよう
担当教官 ： ＫＥＫ放射光科学研究施設 松垣 直宏
生体内で生命現象を司るタンパク質の、試料調製から構造解析及び得られた構造の解釈まで行うことで、タンパク質の立体構造解析の流れを知るとともに、タンパク質の構造を知ることの重要性を理解する。できれば放射光の特徴である、ハイスループット測定や精度の重要性、波長選択性を活かした構造解析などを体験して貰いたい。
● 演習課題Ｍ04 脂質の形・構造・相転移
担当教官 ： 広島大学 上野 聡
群馬大学 高橋 浩
ＫＥＫ中性子科学研究施設 瀬戸 秀紀
生体膜の基本構成物質であるリン脂質や、チョコレートの油脂原料であるトリアシルグリセロール等の脂質を対象にして、温度などの条件を変えた時に見られる構造や形の変化を調べる。具体的には、熱測定により結晶化と融解、多形転移、及び液晶相とゲル相の変化を調べたり、光学顕微鏡により結晶の構造の違いによる結晶化挙動、あるいはリン脂質巨大ベシクルの形成を観察する。更に放射光におけるＸ線小角散乱等を行って、ミクロからナノスケールの構造とその変化を調べる。可能であれば中性子による実験も組み合わせて、脂質の様々な構造と性質についての理解を深めたい。
● 演習課題Ｍ05 結晶構造と物質の性質
担当教官 ： 東北大学 岩佐 和晃
ＫＥＫ中性子科学研究施設 横尾 哲也
私たちが普段目にしている「物」は、固い物や柔らかい物、様々な色や形、電気を通す物や通さない物、多種多様な性質があります。これら物の性質（物性）はどのようにして決められているのでしょうか？物質を構成している原子（あるいは分子）をよ～く眺めてみると、その答えがわかるかもしれません。この演習では物質の結晶構造を通して原子（分子）を眺め、その物性とのつながりを考えてみることがテーマです。普段何気なく接している「物」をより身近に感じることが最終目標です。
● 演習課題Ｍ06 宇宙線を使ったミュオンスピン回転
担当教官 ：東京理科大学 長嶋 泰之
ＫＥＫミュオン科学研究施設 小嶋 健児
“弱い相互作用”のパリティの破れを最大限に利用したミュオンスピン回転法は物質中のミクロな磁場測定手法である。その原理の解説・簡単な測定器の組み立ての後に、宇宙線に含まれるミュオンを使って寿命の測定と磁場中のスピン回転を測定してみる。また、KEK東海キャンパス内のJ-PARCミュオン施設での物性実験データの解析もやっていただく。