研究分野紹介

【宇宙・理論】時空と物質の起源

宇宙の始まりや進化、重力の謎に理論物理学の最先端から迫ります。相対性理論から量子情報科学の応用まで、時空そのものの性質や暗黒エネルギーの正体を解き明かすのが目標です。紙とペン、そして高性能な計算機を駆使して、まだ誰も知らない宇宙の基本原理を構築します。

- 量子宇宙物理理論：宇宙論、重力理論
- 粒子系理論物理学：初期宇宙、理論天文学
- 素粒子理論：宇宙論への応用、量子重力など

【素粒子・理論】究極の法則を求めて

物質を構成する最小単位と、その間に働く力を支配する究極の法則を探求します。標準模型の精密な検証から、ダークマター模型や超弦理論といった「その先」にある新しい物理の枠組みを提案します。数学的な美しさと実験による検証可能性の両輪で、自然界の根源的な謎に挑みます。

- 素粒子理論：標準模型、標準模型を超える物理、場の量子論、超弦理論など
- 粒子系理論物理学：標準模型を超える物理、真空崩壊、超弦理論

【原子核・実験/理論】ミクロな物質の極限状態

クォークから原子核、そして星の内部に至るまで、ミクロな物質が織りなす多様な状態を解明します。加速器を用いて未知の元素や原子核を合成したり、宇宙における元素誕生のシナリオを理論的に再現したりします。理論と実験が密接に連携し、物質の成り立ちを根底から探ります。

- 理論核物理：原子核理論、ハドロン物理、天体核物理
- 実験核物理：不安定核、元素合成
- 粒子系理論物理学：ハドロン物理学、天体核物理

【素粒子・実験】加速器で挑む時空と物質の謎

LHC (スイス・ジュネーブ) や J-PARC (茨城県東海村) のような世界最先端加速器からの多彩な量子ビームを使って、ヒッグス粒子の性質や未知の現象を探り、宇宙を支配している時空と物質の謎に迫ります。さらに、新しい放射線検出器の開発を通じて、人類がこれまで見えなかった物理現象を捉える技術を切り開く分野です。

- 素粒子実験： LHC等を用いた高エネルギー実験
- 粒子系実験：量子ビームを用いた実験

【量子物性物理】新奇な量子現象の開拓

固体の中の莫大な数の電子や原子が、互いに影響し合うことで、全く新しい量子現象や量子物質が創発します。私たちは、こうした量子論的集団効果として現れる超伝導や磁性、近年注目を集めるトポロジカル物質などを研究し、次世代技術の基礎となる新物質の創出を目指します。高度な理論的予測と最先端の精密測定によって、量子多体系の織りなす未知の世界を切り拓きます。

- 凝縮系理論：量子物質・量子多体現象の理論
- 創発量子物性：超伝導、量子スピン液体などの実験
- 光物性：量子物質による光学応答の実験
- 数理物理：量子系の数理
- 磁性物理学： 3d・4f電子による量子現象

【極限物性】環境を変えて引き出す物質の素顔

超高圧、強磁場、強電場、極低温といった、私たちが普段暮らす環境からはかけ離れた「極限環境」を作り出します。そのような過酷な環境下に物質を置くことで、常温常圧では現れない未知の相転移、量子現象や非平衡現象を探索し解明します。環境パラメータを自在に操り、物質が秘める未知のポテンシャルを引き出します。

- 創発量子物性：極低温、強磁場を中心とした極限環境における物性制御
- 磁性物理学：高圧力下での物性制御
- 光物性：高強度光パルスを用いた物性制御とダイナミクス

【ソフトマター・生命の物理学】複雑な系の秩序とダイナミクス

ソフトマターとは、高分子、液晶、コロイド、ガラス、ゲル、そして細胞や生命体そのものなどの、柔らかくて複雑な構造を持つ物質を指します。これらは自発的に秩序構造を形成し変化する，わずかな刺激で大きく構造、性質を変えるといったことから、非線形性・非平衡性が顕著に現れる興味深い研究対象です。物理学の視点と手法を用いて、「生命とは何か」という問いにも迫ります。

- 物性理論：液晶、高分子、ガラス、アクティブマター、生命現象などの理論
- 複雑物性基礎：ソフトマター、アクティブマターの実験
- 複雑生命物性：細胞内動態、代謝活動、生命現象の物理計測

【統計・非平衡】マクロな世界を支配する法則

ミクロな分子や粒子の集まりが生み出すマクロスケールでの秩序や物性を、普遍的な視点で解き明かします。さらに、生物のように絶えずエネルギーの注入と消費が起こる「非平衡状態」で生み出される構造や運動に焦点を当て、複雑な現象の背後に潜む原理的な法則を探求します。

- 複雑物性基礎：非線形・非平衡複雑系
- 物性理論：非平衡系の相転移、統計物理学
- 複雑生命物性：生命の物理、情報（統計）熱力学

九州大学物理学科物理学専攻物理学部門

1. 極小から極大まで：宇宙の成り立ちを探る