2017 Fiscal Year Research-status Report
散射雑音を除去した光計測を基盤とする揺らぎのダイナミックスの研究
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15K05217
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
青木 健一郎 慶應義塾大学, 経済学部(日吉), 教授 (00251603)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三井 隆久 慶應義塾大学, 医学部(日吉), 准教授 (20242026)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 揺らぎ / 散射雑音 / 境界面 / カオス / 雑音除去 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2017年度は，概ね計画通りに研究を遂行することができました．表面だけではなく，水と油等の境界面での有限温度の原子レベルでの揺らぎを精密に測定する方法を開発しました．そして，それを用いて，液体同士の境界面，そして，液体と粘弾性を持つ物質，弾性体との境界面の有限温度の揺らぎを測定しました．これらの揺らぎは過去には測定できなかったものも多く，初めて我々が測定できたことは重要な成果だと考えています．これらの実験結果の理論解析では，既存の理論を確かめるだけではなく，過去の理論を拡張し，それが実験結果と一致することを確かめました．これらの成果の一部は論文として発表しました．この研究は慶應医学部の三井隆久氏と共同研究で行っています．さらに，有限温度の揺らぎの測定を，光CTの断層撮影と組み合わせる方法を開発し，その成果をまとめた論文を現在投稿中です．時間的に変化する物体や生体の性質を深さ方向に素早く測定できる応用範囲の広い技術だと考えています．
有限温度の物理を統計学的に理解するには，力学系のカオス的ダイナミックスが重要な役割を果たします．カオス，非平衡物理学，温度の関係等をφ4乗理論を用いて第一原理より解析しました．対称性により，どのようにカオスが一部の空間に制限できるかを明らかにしました．また，通常の温度の定義では熱力学の基本法則に矛盾するように見える現象が存在することとその意味を明らかにしました．そして，カオス的性質を記述するリャプノフ指数の局所的性質を分析しました．これらの結果の一部を論文として投稿し，査読は既に通り，出版予定です．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の主なテーマは，散射雑音を除去した光計測を応用した測定と解析です．この研究テーマでは，表面の熱揺らぎだけではなく，境界面の熱揺らぎを高い精度で測定し，その解析を行い，査読付き国際雑誌に成果を発表しています．この研究で達成できた内容の多くは，他の研究者には今までできなかったことであり，これから先へ進むためにも重要な成果だと考えています．
また，散射雑音を除去した光計測を，光を用いた断層撮影に組み合わせることにより，今までできなかった個々の断面の物理学的性質を同時に測定できる技術を開発し，論文として投稿しました．これは我々の測定法をより幅広い範囲で応用していくという当初の目的の現れです．物理学に限らず，生物学，医療などにも応用の可能性があると我々は期待しています．
熱揺らぎを含め，有限温度の物理学的現象の根底にはミクロレベルでの力学系の振る舞いがあります．それを第一原理より理解するためには，カオス的なダイナミックスとそれが有限温度の物理学に果たす役割が重要になります．力学系の振る舞いにおける有限温度の物理学の持つ意味を具体例で第一原理から解析し，成果を国際雑誌に発表できたことは，計画に沿っており，さらにこれからの研究に繋がると考えています．
2017年度に査読付き論文を２篇発表しており，共同研究者の三井隆久氏と合わせて学会発表を５回行っています．また，現在投稿中の論文と執筆中の論文もあり，研究は順調に進んでいます．総合的に見て，現時点での事業目標は達成できていると考えています．
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| Strategy for Future Research Activity |
ここまでの研究は順調に進行しているので，さらに計画どおりに進めて行く予定です．我々の表面，境界面の熱揺らぎの直接測定は独自性があり，他の研究者の用いる方法には無い強みがあります．特に小さい領域の熱揺らぎを正確に測定できるので，それを用いて物質の物理学的性質を測定し，理論解析します．測定法が過去のものと本質的に異なるために，より正確な測定ができるとともに，新たな知見が得られると考えています．
我々の散射雑音の除去法は統計的な独自の手法であり，単純にある量を引いてしまうのとは異なります．既存の方法と比較し，どのような点で有利，あるいは不利であるか，ということを定量的に分析します．このような研究は私お知る限り無いので，これをまとめて発表する予定です．それにより，我々の雑音消去法の応用が広まる可能性があると考えています．
研究が順調に進んでいるため，まだ発表できていない成果もあり，これらをまとめて論文として投稿し，成果を学会等でも発表し，フィードバックも得ていくことも事業計画の重要な一部です．
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| Causes of Carryover |
2017年度は，主に旅費の出費が予定よりも少なかったために，次年度使用額が生じました．これは，国内の学会では複数回発表しましたが，他の資金の援助もあり，予定ほどは旅費の出費が必要ではなかったことが理由の一部です．さらに，海外の学会では日程が参加可能かつ内容が適切なものが無かったため，海外に出張をしなかったことも理由の一部です．一方，実験も順調に進んでいることにともない機材が必要であったため，当初予定よりは多くの機材を購入しました．
2018年度は，実験と理論の解析をさらに進めていきます．これに関しては，研究すべき点が具体的に想定できています．実験の物品と理論解析に必要な計算機と周辺機等に出費をする予定です．さらに，日程かつ内容が適切な国内の学会や海外の学会に出張し，成果を発表し，その旅費に用いる予定です．
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