物理科学課題演習Ａ６

Laboratory Work in Physics A6

自然界の4つの力

The Four Forces of Nature

加速器を用いた本格的な原子核実験を通して
相互作用の物理と検出・解析技術を体得する

2026 Academic Year

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Course Overview コース概要

自然界は、「強い力」「電磁気力」「弱い力」「重力」という4つの基本的な相互作用により支配されています。本コースでは、これらの相互作用と関連する量子力学についてセミナー形式で学習するとともに、実際の加速器を用いた実験を通してその物理を体感します。

Nature is governed by four fundamental forces: Strong, Electromagnetic, Weak, and Gravitational interactions. In this course, students will learn about these interactions and related quantum mechanics through seminars and experience the physics firsthand through accelerator-based experiments.

実習のハイライトは、京都大学の加速器KUANSが供給する低速中性子ビームを用いた本格的な実験です。物質の源である原子核を形作る「強い相互作用」と「電磁相互作用」が関与する「重陽子の結合エネルギー測定」に挑みます。 目には見えない放射線や粒子をいかにして捉え、物理量を導き出すのか。世界中で展開される素粒子・原子核実験の縮図とも言える一連のプロセス（検出器構築・回路・データ収集・解析）を経験できる貴重な機会です。

Theory

理論セミナー

4つの力、特に原子核物理における「弱い力」の重要性や「強い力」の役割について学びます。

Experiment

加速器実験

p(n,γ)d反応を用いた重陽子結合エネルギー測定。加速器を運転しデータを取得します。

Analysis

データ解析

C++/Python/ROOTを用いた本格的なデータ解析。断面積や結合エネルギーの導出。

Laboratory Contents 実習内容

本コースを構成する5つの主要要素 / 5 Main Pillars

Theoretical Seminar
SEMINAR

理論セミナー Theoretical Seminar

実験の背景となる物理を集中的に学びます。4つの相互作用の概観から始まり、特に原子核物理学における「弱い相互作用」の役割、そして本実験の核となる「強い相互作用」と重陽子の結合エネルギーについて、量子力学に基づいた理解を深めます。

Students will intensively study the physics background, focusing on the four fundamental forces, the role of weak interaction in nuclear physics, and quantum mechanical understanding of strong interaction.

Detectors

放射線検出器 Radiation Detectors

目に見えない粒子を電気信号に変える技術を学びます。

  • ● プラスチックシンチレータ（時間分解能）
  • ● 無機シンチレータ（エネルギー分解能）
Scintillator PMT
Electronics

電子回路 (NIM/VME) Electronics & DAQ

検出器のアナログ信号を処理し、デジタルデータとして収集する回路系を構築します。

  • ● 同時計測 (Coincidence) 回路
  • ● 波高分析と時間測定
Signal Processing DAQ
Accelerator

加速器実験 (KUANS) Accelerator Experiment

京大KUANS加速器を運転し、低速中性子ビームを用いた本格的な実験を行います。

  • ● p(n,γ)d 反応の測定
  • ● 重陽子の結合エネルギー導出
Neutron Beam Machine Time
Data Analysis

データ解析 Data Analysis

取得した生データを物理的な結果へと昇華させる解析技術を習得します。

  • ● ガンマ線スペクトルの解析
  • ● 生成断面積の導出と考察
C++ / Python CERN ROOT

Staff 担当教員

実験担当教員 Experiment Instructor
冨田 夏希 准教授
TOMIDA Natsuki
原子核・ハドロン物理研究室

J-PARC におけるハドロン分光研究や核子構造研究を推進。

理論担当教員 Theory Instructor
土居 孝寛 助教
DOI Takahiro
理論原子核物理研究室

スーパーコンピュータを用いた格子QCD計算により、強い相互作用の性質や原子核の性質を第一原理から解明する研究を推進。

Teaching Assistants (TA)
山田大樹 (M1)
YAMADA Taiki
林 春向 (M1)
HAYASHI

Annual Schedule 年間スケジュール

前期・後期で実習内容は同一ですが、実施時期が異なります。

4月
Apr.
Guidance

ガイダンス (第1週)

実習・セミナーの概要説明。

4-6月
Apr-Jun
Theory Seminar & Basic Training

理論セミナー & 基礎実習

[セミナー] 4つの相互作用、量子力学、弱い相互作用。
[基礎実習] 検出器の組み立て、オシロスコープ、NIM回路操作、データ収集系構築。

7月
Jul.
Accelerator Machine Time

加速器マシンタイム・データ取得

KUANS加速器を運転し、p(n,γ)d反応の本測定を実施。生データの取得。

8月
Aug.
Data Analysis & Report

データ解析・レポート提出

ROOT等を用いた解析により物理量を導出。レポート作成。

8-9月
Aug-Sep
Presentation

研究発表会

得られた結果についてのプレゼンテーションと質疑応答。

10月
Oct.
Guidance

ガイダンス (第1週)

実習・セミナーの概要説明。

10-12月
Oct-Dec
Theory Seminar & Basic Training

理論セミナー & 基礎実習

[セミナー] 4つの相互作用、量子力学、弱い相互作用。
[基礎実習] 検出器の組み立て、オシロスコープ、NIM回路操作、データ収集系構築。

1月
Jan.
Accelerator Machine Time

加速器マシンタイム・データ取得

KUANS加速器を運転し、p(n,γ)d反応の本測定を実施。生データの取得。

2月
Feb.
Data Analysis & Report

データ解析・レポート提出

ROOT等を用いた解析により物理量を導出。レポート作成。

2-3月
Feb-Mar
Presentation

研究発表会

得られた結果についてのプレゼンテーションと質疑応答。

過去の担当教員と参加学生（2020年度～） Past Instructors and Participating Students (2020-)

2025年度 FY2025

前期 1st Semester

後神 利志
実験 (Exp.)
後神 利志 (講師) Toshiyuki Gogami (Lecturer)
土居 孝寛
理論 (Theory)
土居 孝寛 (助教) Takahiro Doi (Assist. Prof.)
TA: Teach. Assist.
鵜飼 絵里花 (Erika Ukai), 中田 智也 (Tomoya Nakata)
参加学生: Students
笹倉 (Sasakura), 山田[興] (Yamada), 山田[峻] (Yamada), 石崎 (Ishizaki), 大西 (Onishi), 天野 (Amano)

後期 2nd Semester

冨田 夏希
実験 (Exp.)
冨田 夏希 (助教) Natsuki Tomita (Assist. Prof.)
土居 孝寛
理論 (Theory)
土居 孝寛 (助教) Takahiro Doi (Assist. Prof.)
TA: Teach. Assist.
鵜飼 絵里花 (Erika Ukai), 中田 智也 (Tomoya Nakata)
参加学生: Students
安田 (Yasuda), 石崎 (Ishizaki), 小松 (Komatsu), 長谷川 (Hasegawa), 内海 (Utsumi), 平子 (Hirako)

2024年度 FY2024

前期 1st Semester

後神 利志
実験 (Exp.)
後神 利志 (助教) Toshiyuki Gogami (Assist. Prof.)
土居 孝寛
理論 (Theory)
土居 孝寛 (助教) Takahiro Doi (Assist. Prof.)
TA: Teach. Assist.
橋本 竣史 (Shunji Hashimoto)
参加学生: Students
西浦 (Nishiura), 塚腰 (Tsukagoshi), 菱田 (Hishida), 井上 (Inoue), 氏本 (Ujimoto), 柴田 (Shibata)

後期 2nd Semester

後神 利志
実験 (Exp.)
後神 利志 (助教) Toshiyuki Gogami (Assist. Prof.)
土居 孝寛
理論 (Theory)
土居 孝寛 (助教) Takahiro Doi (Assist. Prof.)
TA: Teach. Assist.
橋本 竣史 (Shunji Hashimoto)
参加学生: Students
伊藤 (Ito), 芥川 (Akutagawa), 吉田 (Yoshida), 中谷 (Nakatani), 名越 (Nagoshi), 廣田 (Hirota)

2023年度 FY2023

前期 1st Semester

後神 利志
実験 (Exp.)
後神 利志 (助教) Toshiyuki Gogami (Assist. Prof.)
萩野 浩一
理論 (Theory)
萩野 浩一 (教授) Koichi Hagino (Prof.)
TA: Teach. Assist.
池水 玄 (Gen Ikemizu)
参加学生: Students
荒川 (Arakawa), 松川 (Matsukawa), 南澤 (Minamizawa), 伊藤 (Ito), 横山 (Yokoyama)

後期 2nd Semester

後神 利志
実験 (Exp.)
後神 利志 (助教) Toshiyuki Gogami (Assist. Prof.)
金田 佳子
理論 (Theory)
金田 佳子 (准教授) Yoshiko Kanada (Assoc. Prof.)
土居 孝寛
理論 (Theory)
土居 孝寛 (助教) Takahiro Doi (Assist. Prof.)
TA: Teach. Assist.
池水 玄 (Gen Ikemizu)
参加学生: Students
坂本 (Sakamoto), 長谷川 (Hasegawa), 内田 (Uchida), 服部 (Hattori), 印藤 (Indo), 塩野 (Shiono)

2022年度 FY2022

前期 1st Semester

後神 利志
実験 (Exp.)
後神 利志 (助教) Toshiyuki Gogami (Assist. Prof.)
吉田 賢市
理論 (Theory)
吉田 賢市 (助教) Kenichi Yoshida (Assist. Prof.)
TA: Teach. Assist.
鈴木 翔太 (Shota Suzuki)
参加学生: Students
熊田 (Kumada), 中里 (Nakazato), 中島 (Nakajima), 石井 (Ishii), 寺本 (Teramoto)

後期 2nd Semester

後神 利志
実験 (Exp.)
後神 利志 (助教) Toshiyuki Gogami (Assist. Prof.)
吉田 賢市
理論 (Theory)
吉田 賢市 (助教) Kenichi Yoshida (Assist. Prof.)
TA: Teach. Assist.
鈴木 翔太 (Shota Suzuki)
参加学生: Students
雀部 (Sasabe), 渡邊 (Watanabe), 林 (Hayashi), 橋本 (Hashimoto), 玉野 (Tamano), 松井 (Matsui)

2021年度 FY2021

前期 1st Semester

後神 利志
実験 (Exp.)
後神 利志 (助教) Toshiyuki Gogami (Assist. Prof.)
吉田 賢市
理論 (Theory)
吉田 賢市 (助教) Kenichi Yoshida (Assist. Prof.)
TA: Teach. Assist.
吉田 凌祐 (Ryosuke Yoshida)
参加学生: Students
壽 (Kotobuki), 中田 (Nakata), Ian, 牧田 (Makita), 寺澤 (Terasawa), 和田 (Wada)

後期 2nd Semester

後神 利志
実験 (Exp.)
後神 利志 (助教) Toshiyuki Gogami (Assist. Prof.)
吉田 賢市
理論 (Theory)
吉田 賢市 (助教) Kenichi Yoshida (Assist. Prof.)
TA: Teach. Assist.
吉田 凌祐 (Ryosuke Yoshida)
参加学生: Students
古川 (Furukawa), 米澤 (Yonezawa), 石川 (Ishikawa), 町永 (Machinaga), 池水 (Ikemizu)

2020年度 FY2020

前期 1st Semester

後神 利志
実験 (Exp.)
後神 利志 (助教) Toshiyuki Gogami (Assist. Prof.)
吉田 賢市
理論 (Theory)
吉田 賢市 (助教) Kenichi Yoshida (Assist. Prof.)
TA: Teach. Assist.
鈴木 一輝 (Kazuki Suzuki)
参加学生: Students
谷 (Tani), 永井 (Nagai), 松村 (Matsumura), 白川 (Shirakawa), 中込 (Nakagome), 鈴木[翔] (Suzuki)

後期 2nd Semester

後神 利志
実験 (Exp.)
後神 利志 (助教) Toshiyuki Gogami (Assist. Prof.)
吉田 賢市
理論 (Theory)
吉田 賢市 (助教) Kenichi Yoshida (Assist. Prof.)
TA: Teach. Assist.
鈴木 一輝 (Kazuki Suzuki)
参加学生: Students
児玉 (Kodama), 曾澤 (Aizawa), 落合 (Ochiai), 緒方 (Ogata), 長谷川 (Hasegawa), 小菅 (Kosuge)

場所・お問い合わせ

Location & Contact

京都大学 理学部 6 号館 (北部キャンパス)
A6 部屋 (306室)