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

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K05217
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 青木 健一郎 慶應義塾大学, 経済学部, 教授 (00251603)
• 研究分担者: 三井 隆久 慶應義塾大学, 医学部, 准教授 (20242026)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 揺らぎ / 散射雑音 / 原子光子相互作用 / 雑音除去

研究実績の概要

2015年度の研究は，方向によって進展の度合いは多少異なりますが，研究計画に沿って研究を遂行しました．主として三井隆久氏との共同で研究を行っています．全体として2015年度には研究は順調に進められたと考えています．
原子に光のビームを照射し，その透過率の揺らぎの精密な測定を行うことにより，光子と原子の相互作用の性質について研究しました．原子の平均自由行程がビーム径より長い場合の理論について研究し，実験スペクトルの今まで理解されていなかった面を解明しました．さらに，平均自由行程が短い場合の揺らぎのスペクトルを初めて高い精度で測定し，その理論を構築しました．実験結果と比較して検証した結果，理論と実験の一致が非常に良いことがわかりました．これらの結果について現在2本の論文を作成しています．
さらに，表面の揺らぎについては，今まで，傾きの揺らぎや波打つ揺らぎを固体，液体，複雑流体について調べてきました．そして，我々の研究で今まで測定されていなかった揺らぎも測定できることが明らかになってきました．非常に微弱な揺らぎであるので今までに無い高い精度が要求されますが，現在スペクトルを測定しています．実験結果を再現している自然な理論も構築できつつあり，これについての研究を精力的に続けています．
また，表面の揺らぎの性質の測定に加え，界面の揺らぎについても，既存の研究とは質的には異なる新たな測定結果を得ています．理論的な分析も着実に行なっており，これについて発表を準備しています．
高い精度の測定をするためには，不要な雑音の除去が必要です．研究の過程で，我々の用いている雑音除去法についての今まで無かった分析をして，測定で達成できる精度の統計的な性質について新たな結果を得ました．これらについても近日中に発表する予定をしています．

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究計画に沿い，いくつかの方向で研究を進めているため，研究が期待以上に進展し，重点的に進めた方向と予定目標には到達できなかった方向があります．全体としては研究は順調に進んでいます．
原子と光の相互作用による揺らぎについては，研究計画通りかそれ以上に進んでいると考えています．光のビームの中での原子の運動を見ていますが，平均自由行程がビーム径より大きい場合と小さい場合の両方についてスペクトルを測定し，理論も解明しました．実験と理論の一致も良いです．さらに，研究の過程で，今まで気づかれていなかったと思われる光と原子の相互作用の性質も発見しました．これは予定していなかった成果であり，既存文献を調査し，研究を進めています．
表面の揺らぎの測定においては，既存の文献では測定されていなかった揺らぎの測定を達成しています．これについてはもう少し実験を続け，理論を解明し，発表できると考えています．この研究は始めた時点ではあまりにも揺らぎが小さいために，測定できるかわかりませんでした．繰り返し測定し，経験を積み重ねることにより期待を越えた成果を達成しつつあると考えています．
また，表面と界面の波の揺らぎの測定については，初めの段階としては測定をほぼ終了しており，結果を解析しつつあります．これについては予定通りといえます．
これらの研究の過程で，予定はしていませんでしたが，我々の雑音除去の方法がそれほど単純ではなく，統計的な性質に直観だけでは気づかない興味深い特性があることに気づきました．これも期待を越えた成果です．
重要な側面で進展が遅れているのが，研究の発表です．実績の概要でも説明したとおり，着実に研究成果はあがっていますが，これらについて論文としてまだ発表できていないので，これが現在の大きな課題です．

今後の研究の推進方策

今後の研究の推進方向としては，まず原子と光の相互作用の揺らぎの研究は順調に進んでいるので，最重要課題はその研究結果をまとめて近日中に発表することです．さらに，予想をしていませんでしたが，研究の過程で今まで知られていないと思われる原子と光の相互作用の性質なども明らかになってきています．これらについての研究を続け，より高い精度の測定して理論計算を行い，分析します．この研究については，既存の文献の調査を行い，成果を発表する予定です．
表面揺らぎについては，現在，今まで測定されていなかった揺らぎについて結果を蓄積しています．現在，理論も構築できつつあり，実験結果との整合性もあります．これらの成果は画期的であると我々は考えており，重点的に研究を行い，早急に成果を発表する予定です．このような揺らぎの性質について知られていないので，本研究を更に発展させ，様々なサンプルを用いて時間をかけて調査し，理論的な背景を明らかにしていきます．これは少し長期的な研究になります．
不要な雑音の除去の方法は，我々の開発したものを使っており，既存の文献では性質が十分に分析されていません．その性質は，有効性を知るために重要であるので，近日中にわかりやすい形で発表する予定をしています．それにより，我々の雑音除去の方法の有効な場合やそうでない場合が明らかになり，より広く他の研究者にも採用される機会が増えると考えています．
表面と界面の揺らぎについても，その性質は多くの測定結果を得ており，理論分析も概ね理解できたと我々は考えており，これらについても研究成果を近日中にまとめ，さらなる研究課題を整理して研究を進めていきます．
いくつかの重要な研究方向において，研究成果の発表が現在の最重要課題です．論文として発表し，また研究学会でも積極的に発表をこれから行なっていきたいと考えています．

次年度使用額が生じた理由

今年度は研究は順調に進みましたが，研究成果の発表が予定に比べて遅れています．そのため，旅費の出費が予定より少くなりました．

次年度使用額の使用計画

次年度はより積極的に発表を行なっていく予定であり，それに予算を用います．また，研究が順調に進んでいることもあり，光学部品等も当初計画より多く必要になる可能性も高く，実験部品にも予算を使用していきます．