世の中の不思議を解き明かすヒントは「原子過程」? 未来を広げる原子分子物理学を学ぼう!

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世の中の不思議を解き明かすヒントは「原子過程」?
未来を広げる原子分子物理学を学ぼう!

2020.03.01

提供:東邦大学

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世の中の不思議を解き明かすヒントは「原子過程」?
未来を広げる原子分子物理学を学ぼう!

みなさんは原子分子物理学という学問を知っていますか?あまり聞きなれない学問分野かもしれませんが、実はこの学問で「オーロラの発生」や「蛍光灯はどうしてつくのか」など、自然の謎や日常の不思議を解明できるのです。
私たちの身近なところから宇宙空間に至るまで、さまざまな現象に関係する「原子過程」の世界をのぞいてみましょう!

この記事をまとめると

  • オーロラも蛍光灯も、すべては原子過程で仕組みがわかる?
  • 原子過程の研究は医療にも求められる最先端!
  • 原子と分子の反応を切り口に、多くの「なぜ?」を解明する!

宇宙空間から身近なものまで、世の中は原子過程であふれている

そもそも「原子過程」とは一体なんでしょうか。原子過程は、原子、分子、イオンなどの粒子同士の衝突反応や、電子・光との相互作用によって起きる「現象」のプロセスです。

たとえば「オーロラ現象」と「蛍光灯の発光」。あまり関係の無いような2つの現象ですが、どちらも「原子過程」のプロセスを用いることで解明ができる現象なのです!
オーロラ現象は、まず太陽から吹く風により「荷電粒子」が地球に運ばれてくるところから始まります。高温のプラズマエネルギーを持った荷電粒子は、地球の大気に含まれる酸素原子や窒素分子と衝突。この衝突により、酸素原子や窒素分子などが高くなったエネルギーを放出=発光するため、オーロラが生まれます。
一方蛍光灯は、電極から発生した電子が水銀ガスにぶつかることで紫外線が発生し、特殊加工のガラス管を通じて私たちに光が届く仕組みになっています。

どちらの現象も必要な条件などは異なるものの、「分子や原子など異なる物質をぶつけ合う」ことで発光をしており、「原子過程」のプロセスを踏んで起こっている現象です。
ちなみに、オーロラ現象の発生に必要な条件が揃えば、寒い場所に行かなくでも、研究室で「オーロラ現象」を再現させることができます!

原子過程は、医療現場でも活躍が期待されている!

この「原子過程」の研究をすることで、オゾン層破壊など身の回りの化学反応や、宇宙空間での分子形成、核融合の制御など、様々な問題や課題、そして現象を解き明かすことができます。「原子過程」による技術と知識を生かすことで、先端科学計測装置、医学に応用する生体ガス分析装置、放射線被ばく線量評価装置など、最新技術の開発に役立てられています。

現在東邦大学の理学部では、この原子過程を利用し、医療現場に役立つ機器の開発に取り組んでいます。
現在開発しているのは「呼気分析装置」という機械。これは、息を吹き付けるだけで病気が分かる装置で、人の吐く息に含まれる微量な化学物質を全く壊さずに検出。呼気に含まれる物質を一度に検出できる質量分析装置です。この「呼気分析装置」を用いることで、人間のエネルギー消費量や代謝など、目に見えない健康状態を測ることができます。
現在は、より短時間かつ高精度に呼気の測定ができるよう研究開発が続けられています。
原子過程の技術と知識は、さまざまな反応を取り扱うため、人々の生活や最先端の科学技術などに応用することができるのです。

原子分子物理学を学ぶことで、世の中の「なんで?」が解明できる!

基本的な枠組みを体系的に理解するとともに、最先端の研究まで見すえたカリキュラムで、社会に貢献できる人材を育成する東邦大学の理学部・物理学科では、素粒子から宇宙まで、自然界の基本法則を探究しています。
同科の原子過程科学教室にて原子過程を学ぶと、実は私たちの身の回りの現象が不思議なことにあふれているのに気づきます。そして、その謎を解き明かすことで新しいものを開発することができ、未来が大きく広がっていくのです。
研究室では実験室に宇宙空間を再現し、未知なる部分の多い星間分子の進化過程を調べる研究を進めるなど、宇宙や生命の謎の解明に日々取り組んでいます。
国際水準のハイレベルな技術者教育が受けられるJABEE認定プログラム「物理エンジニアコース」修了者は、国家資格「技術士」の第一次試験が免除。また、宇宙・素粒子などの基礎的分野から、物性・応用物理などの先端科学技術まで対応できる多彩な研究・教育スタッフの充実や、2度のノーベル物理学賞受賞にも輝いた「神岡宇宙素粒子研究施設(スーパーカミオカンデ・KAGRA・KamLAND)」*、世界最大のミリ波望遠鏡を訪れる「野辺山45m電波望遠鏡見学会」などの学外研修など、充実した学びの場が用意されているのも魅力です。

*神岡宇宙素粒子研究施設 年表より

【広告企画】提供 : 東邦大学

この記事のテーマ
数学・物理・化学」を解説

私たちの生活基盤である自然界で生じるさまざまな事象や物質、それらが織りなす理論が研究対象です。宇宙や生物がどのようにして誕生し、どのような構造になっているのかという、究極的な知的探究心は人類ならでは。森羅万象の構造や性質、法則と変化を探求する物理や化学、その習得に必要な数学というように、これらの学問は互いに深く関連しています。未知の領域への研究を進めながら、さまざまな原理解明をしていく分野です。

「数学・物理・化学」について詳しく見る

この記事で取り上げた
「物理学」
はこんな学問です

自然界の物質や現象を理論で裏付ける学問。理論を習得するだけでなく、たくさんの実験や演習が必要になる。「理論物理学」は数学や量子力学を用いてこれを解明する分野で、ほかに素粒子の性質などを研究する「素粒子物理学」、宇宙の構造などを調べる「宇宙物理学」など、世の中のあらゆる物質、現象が研究の対象になる。専門性の高い分野で、情報通信業界や製造業界などに進むケースが多いが、大学や研究機関で、研究職を選ぶ人もいる。

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