【概要】　がんの粒子線治療は、高エネルギーの荷電粒子を患部に集中して照射することにより、身体的な負担が少ない治療法です。素粒子物理学実験の測定技術を応用して、この治療精度を飛躍的に向上させる方法を提案しました。治療の精度は粒子加速器やビームの制御ではなく、照射する患者の体内情報の正確さに左右されます。現在はX線CTを用いていますが、原理的な不定性が避けられません。本研究では、治療に用いる粒子線により直接体内の情報を得る方法を提案し、その実現に必要な技術開発にも成功しています。

【概要】　本研究では4次元時空で定義された非線形シグマ模型への超対称高階微分補正を調べました。シグマ模型は標的空間として対称エルミート空間を持ちますが、超対称性を保つ微分補正の影響でこの標的空間がどの程度影響を受けるのかを理論的に調査しました。本研究では超対称性を一部保持する運動方程式の解(BPS解)は微分補正を受けるものと受けないものがあることを明らかにしました。

【概要】　量子重力理論候補である5つの超弦理論は11次元時空で定義されるM理論で統一されると予想されています。M理論は基本オブジェクトである2次元の膜(membrane)の他に6次元の膜(Kaluza-Klein 6-brane)を予言します。本研究では2次元膜の力学を支配する3次元超対称ゲージ理論を構成し、2次元膜が時空へ巻き付く効果を計算しました。この結果をもとに6次元膜へのM理論的な補正を明らかにしました。

【概要】　素粒子の統一理論候補である超弦理論は「局所非幾何学的ブレーン(locally non-geometric branes)」と呼ばれるリーマン幾何学では記述できない時空構造を予言します。本研究では超弦理論に存在する双対性と呼ばれる数学的性質が明白に表れる重力理論「double field theory」を用いて、解の周りのゼロモード揺らぎを計算することで有効理論を計算しました。

【概要】　本研究ではtype IIA/IIB超弦理論におけるNS5-brane、Kaluza-Klein 5-braneおよびエキゾチック5(22)-braneのcurrent代数を調べました。これらの世界体積理論は6次元 N=(2,0)テンソル超多重項および、N=(1,1)ベクトル超多重項によって支配されています。本研究ではtype II理論のcurrent代数がこれらのブレーン代数からSおよびT双対変換によって得られることを示しました。得られた代数を用いて10次元超重力場のゲージ変換をあらわに書き下しました。

【概要】　鋭く尖った金属針を金属基板にnmスケールで近づけ、そこにレーザー光を入射することで針先端に近接場光（局在した強い光の場）が生じます。この近接場光を分子に相互作用させることで分子１つ１つの種類や量子論的な特性を解明することができます。我々の研究では高いエネルギー分解能と空間分解能で単一分子の光学応答を測定する手法を開発し、分子内部の元素の同定やシュタルク効果と呼ばれる量子論的効果の観測ができることを示しました。

【概要】　光誘起力顕微鏡（PiFM）による原子分解能の測定を理論的に提案しました。高分解能のPiFM測定には、ピコキャビティと呼ばれる探針表面の原子スケールの構造が重要な役割を果たすことを理論計算により明らかにしました。

【概要】　物性物理学講座と理学部附属疾患プロテオミクスセンターでは、血液中のペプチドを高感度で分析するための独自の方法を開発し、その方法を応用して血液中の生理活性ペプチドを含む10,000を超えるペプチドの検出に成功しました。医学部内分泌代謝内科でその10,000種類の中の約150種類のペプチドについて各種生理活性を調べた結果、6種類の何らかの活性を持ったペプチドを発見し、物性物理学講座と内分泌代謝内科で共同で特許出願しました。
　本論文は、その６種類の中の１種類（Gastric inhibitory polypeptideというタンパク質で知られている有名な生理活性ペプチド（GIP）のN末端側の30残基のペプチド（GIP_HUMAN [21-51]）が血管の動脈硬化を促進する活性があることを発見し、新規生理活性ペプチドとして報告したものです。
　本研究は物性物理学講座／理学部附属疾患プロテオミクスセンターと医学部内分泌代謝内科の共同研究として、博狗体育在线_狗博体育直播【官方授权网站】@医学部の若手医師の大学院生（正木嗣人先生）が中心になって進めたものです。

【概要】　我々は世界で初めて1ナノメートル以下の分解能でナノ粒子のPiFM像を取得することに成功しました。本研究により、光触媒機能を持つダンベル型Zn-Ag-In-S量子ドット(ZAIS QD)について独自の計測手法を用いてPiFM実験測定を行い、高い分解能で量子ドットの光機能や化学的性質を反映する情報が得られることを示されました。また、本研究における高精度な測定により、光誘起力の3次元ベクトルマップを取得することにも成功しました。

【概要】　キラリティとは物体がその鏡像と重ね合わせることができない性質のことで、我々の身の回りにも多く見られます。特にキラリティをもつ分子は生体反応に重要な役割を演じていることが知られています。我々は光誘起力顕微鏡(PiFM)を用いてナノスケールにおけるキラル近接場の測定手法を理論的に提案しました。PiFMでは他の光学応答では取得できない光学情報を得ることができることを明らかにし、ナノスケールにおけるキラリティ計測の新たな可能性をしめしました。

【概要】　物性物理学講座と理学部附属疾患プロテオミクスセンターでは、血液中のペプチドを高感度で分析するための独自の方法を開発し、その方法を応用して血液中の生理活性ペプチドを含む10,000を超えるペプチドの検出に成功しました。医学部内分泌代謝内科でその10,000種類の中の約150種類のペプチドについて各種生理活性を調べた結果、6種類の何らかの活性を持ったペプチドを発見し、物性物理学講座と内分泌代謝内科で共同で特許出願しました。
　本論文はその10,000種類の中の約100種類のペプチドについて各種生理活性を調べることによって3種類の新規生理活性ペプチドを発見したことを報告したものです。それらのペプチドはサプラバシンという成層上皮で発現しているまだあまり機能の知られていないタンパク質中の３つの部分ペプチドで、内２つが血管細胞におけるNF-κBシグナルの活性化を介して、炎症性サイトカインの発現を刺激していること、残りの１つが自発運動活性の上昇とともに食欲を抑制するペプチドでした。
　本研究は物性物理学講座／理学部附属疾患プロテオミクスセンターと医学部内分泌代謝内科の共同研究として、博狗体育在线_狗博体育直播【官方授权网站】@医学部の若手医師の大学院生（田口 朋 先生）が中心になって進めたものです。

【概要】　レニン-アンジオテンシン-アルドステロン系は、体液のホメオスタシス(生体恒常性)の維持や、ヒトの主要な疾患の病態生理に極めて重要な役割を果たしている。しかし，血漿中のレニン/プロレニンの分子形態は十分に解明されておらず，血漿中のプロレニン濃度を測定することは，臨床現場ではまだ不可能である。本研究では、ヒト血漿中のプロレニンの分子形態を評価し、その活性を決定するためにレニンに変換することなく、その濃度を直接測定することを試みた。その結果、血漿中の濃度を直接定量するの方法を開発に成功し、健常者の血漿中濃度は3.0?13.4μg/mLで、これまでに報告されている濃度よりも3?4桁高い値であることを示すデータを得た。このことは、血漿中のプロレニン分子は、翻訳後に修飾／加工されたり、アルブミンに結合したりして、従来考えられていたよりもはるかに高い濃度で存在している可能性があることを示している。
　本研究は物性物理学講座の特任助教の藤本和実先生を中心に医学部内分泌代謝内科、理学部附属疾患プロテオミクスセンターとの共同研究によって行われたものです。

【概要】　生体内のタンパク質の存在様式（切断や修飾、相互作用）はタンパク質の機能を左右し、生命活動や病気に関与する可能性があります。本研究では安定同位体標識法とGeLC-MS/MS法（電気泳動で試料中のタンパク質を分子量で分離したのちに、ゲルを短冊状に切り出して各ゲルに含まれているタンパク質を質量分析計を使って詳細に分析する方法）を組み合わせたタンパク質の切断状態や結合状態を高精度に比較分析する方法を開発しました。
　本研究は博士課程大学院生の紺野亮君が中心に行った研究を発表したものです（紺野亮君は2021年４月より千葉県にあるかずさDNA研究所で博士研究員として研究を続けています）。

【概要】　光誘起力顕微鏡(PiFM)と呼ばれる走査型顕微鏡によるナノ粒子の光学応答測定について、光と物質の微視的な相互作用の観点から理論解析を行いました。我々は、PiFM測定により、二量体の光学禁制遷移励起が観測できることを示しました。また、二量体の近傍に局在するプラズモン場の3次元方向の偏光と急峻な電場勾配を反映するPiFM像が得られることを理論的に明らかにし、従来の光学顕微鏡では取得できない光学情報をPiFMで取得できることを示しました。

【概要】　時空の量子的性質を記述する超弦理論には大きな半径と小さな半径のコンパクト空間を区別しない「T双対性」と呼ばれる性質が内在しています。本研究では物理学科量子物理学講座の大学院生2名とともに、T双対性を表す重力理論「Double Field Theory (DFT)」が記述する時空間(doubled space)の数学的性質を調べました。特にパラ-エルミート空間上の接束に現れる亜代数とDrinfel'd doubleと呼ばれる構造について調べました。我々はDFTの物理的整合条件が亜代数の性質から現れることを証明しました。

【概要】　初期宇宙に存在したボーズ粒子とフェルミ粒子を入れ替える超対称性(supersymmetry)は宇宙の冷却とともに自発的に破れたと考えられています。一方、素粒子模型を記述する場の量子論では、超対称性を破る真空構造（エネルギー最低値）を理論的に構成することが重要な課題となります。本研究では空間変調(spatially modulated)された新しい真空構造を提案しました。この真空では自発的に空間が揺れ動き、超対称性が破れます。また、自発的対称性の破れに付随した南部ゴールドストーンモードに「ゴースト」と呼ばれる不定計量状態（負の確率を産む粒子）が現れる可能性を示しました。

【概要】　物質が空間内で周期的に安定した配位状態を結晶と言います。2012年にノーベル賞物理学者であるウィルチェックは時間的に周期的な安定状態である「時間結晶(time crystal)」を提案しました。時間結晶は非相対論的な熱平衡状態では存在しないことが証明されています。本研究では、相対論的場の量子論において、時間結晶の拡張である時空間変調真空を起こす模型を提案し、Lorentz対称性が自発的に破れる可能性について理論的に調査しました。

【概要】　BBRC 509, 577-584 (2019)で我々はスルメイカの酸素運搬蛋白質ヘモシアニン(TpHc)中に、蛋白質や核酸を内包させることに成功した。そこで、本研究では、TpHcの中空側に親和性タグを化学標識し、親和性タグとの相互作用可能な生体分子をTpHcの中空内に内包させることに成功した。さらに、生体分子を親和性タグで結合させたTpHcは、結合させていないTpHcと同様の環境下で結晶化できた。本研究のゲスト分子内包化はこれまでのゲスト分子内包化と異なり、親和性タグの位置にゲスト分子を立体的に決まった状態で固定化できる。したがって、ゲスト分子単独では結晶化せずに立体構造を解析できない場合でも、TpHcの高い結晶性を利用した共結晶化によりゲスト分子の立体構造解析に利用できる可能性を示すことに成功した。

【概要】　スルメイカの酸素運搬蛋白質ヘモシアニン(TpHc)はドーナツ型の立体構造を持ち、中空の内径は110?になる。さらに、TpHcの結晶構造はドーナツ型構造が上下に連なったストロー状の形状を持つ。本研究では、この内径110?に他の蛋白質やDNAを内包させ、内包物の構造をを解析することを目標に、まず、どのような生体分子であれば中空内に内包できるか確かめた。その結果、分子量250kDa以下のphycoerythrinや、200塩基対のDNAなどがTHcのストロー状の結晶内に内包できることを明らかにした。

【概要】　スルメイカの酸素運搬蛋白質ヘモシアニン(TpHc)は非常に類似した分子量5万のドメインを8個持つ蛋白質が、10組で1つの機能単位を作る超分子複合体である(分子量5万× 8個 x 10組 = 400万)。TpHcは10組の同一蛋白質が2組×5組で集合することで5組が72°ずつ配置された高い対称性を持つドーナツ型構造を取る。一般的に高い対称性を持つ分子は、その対称性を活用することで詳細な立体構造を解明しやすい。TpHcもドーナツの外壁側は詳細な立体構造を解析できたが、内壁側は詳細な立体構造を得られなかった。この理由として、内壁側は外壁側とは異なる対称性をもつ可能性が示唆された。そこで、異なる対称性を持つ生体分子に特化した解析法を考案し、立体構造解析することで、クライオ電子顕微鏡によりTpHcの内壁側構造を含む立体構造解析に成功した。

【概要】　駆動量子開放系に対して、拡張ヒルベルト空間における複素Floquet固有値問題を解くことにより、その散逸のダイナミクスの解析解を得ることに成功しました。この理論を用いて、高次高調波発生と呼ばれる非線形光学現象について、その散逸過程を解析的に定式化しました。励起から発光までを一連のコヒーレントな量子過程として取り扱ったことで駆動レーザー場と励起パルスの相対位相に起因する量子干渉効果を論じることができるようになり、高次高調波発生における量子制御の可能性を示しました。

【概要】　超弦理論では全ての素粒子をミクロな弦の振動で表します。弦は重力を表す素粒子（重力子）も表現するため、物質だけではなく、時空間そのものも記述します。本研究では量子物理学講座の大学院生1名を含む共同研究者とともに、時空中を伝搬する弦を表す理論（2次元シグマ模型）を用いて、5ブレーンと呼ばれる時空構造を標的空間として調べました。特に、T双対軌道を明示的に含むゲージ化されたdoubled模型において、2次元ゲージ理論の量子効果が時空への弦の巻きつきに相当することを示しました。

【概要】　整合的な量子重力理論として期待される超弦理論では、時空をプランクスケール程度の弦で見ています。そのため、ミクロなスケールではアインシュタインの一般相対性理論とは異なる時空描像が現れることが期待されます。本研究では量子物理学講座の大学院生1名を含む共同研究者とともに、超弦理論の性質を織り込んだ重力理論(Double Field Theory, DFT)を用いてミクロな時空間に「弦が巻きつく」効果を理論的に調べました。特に、10次元時空中の安定した6次元部分時空である5ブレーンと呼ばれる構造や、波(wave)と呼ばれる構造への弦の巻きつき効果を計算し、ミクロな時空を記述する幾何がリーマン幾何学とは大きく異なることを示しました。

【概要】　素粒子模型の基礎理論である場の量子論においてエネルギー最小の状態を真空と言います。通常の場の理論では真空で場は振動しておらず一定値であり、真空期待値は定数となります。本研究では相対論的な高階スカラー場の理論を応用し、真空で場が自発的に振動する空間変調真空(spatially modulated vacua)の可能性を議論しました。

【概要】　光ファイバー通信において長距離伝搬した後、ファイバー中の散乱等のため弱くなった信号を再び強くする必要があります。そのために用いられるのがエルビウム添加ファイバー増幅器です。ファイバー増幅器の動作を最適化するためには、その基礎特性を正確に評価する必要があります。ここではエルビウム添加ファイバー増幅器に添加されたエルビウムイオンの寿命計測を行う手法を開発しその評価を行いました。本研究ではフォトニクス講座修士課程の学生１名が主に実験を行い論文として発表しました。

【概要】　本研究では超弦理論の一種であるヘテロティック弦理論に存在する「5次元のゲージ膜(gauge 5-brane)」を理論的に調査しました。ヘテロティック弦理論の低エネルギー有効作用である超重力理論（超対称性のあるアインシュタイン重力理論の一般化）の運動方程式を解くことで、コンパクト化された空間上の5-braneの解析解を導出しました。この解は従来知られていた解のT双対に相当し、時空構造に非幾何的な性質が内在していることを示しました。

【概要】　初期宇宙に存在していたと予想されるボーズ粒子とフェルミ粒子の対称性（超対称性）は、現在の宇宙では自発的に破れていると考えられます。本研究では、真空で場が自発的に振動している空間変調真空(spatially modulated vacua)により、理論の超対称性が自発的に破れるメカニズムについて理論的に調査しました。

【概要】　原子核の有効理論として知られるSkyrme模型はSkyrmionと呼ばれるソリトン解を含みます。この解は4次元ゲージ理論のインスタントン解（場の配位が空間的にも時間的にも局在化している解）からAtiyah-Manton構成法と呼ばれる手続きで構成できることが知られています。本研究ではAtiyah-Manton構成法が8次元時空間でも成り立つことを証明し、かつこの構成が任意の4n次元まで拡張可能であることを示しました。

【概要】　我々の4次元宇宙の起源を理解することは現代物理学の大きな目標の一つです。超弦理論など高次元時空を基本理論として考えると、初期宇宙では空間のコンパクト化に由来する質量ゼロ粒子（モジュライ粒子）が大量に存在し、ビッグバン元素合成を阻害することが知られています（モジュライ問題）。本研究では初期宇宙のインフレーション後、再加熱と呼ばれる熱解放時のエネルギーで新たな「熱インフレーション」を起こすことで、モジュライ問題を解決するシナリオを理論的に調査しました。

【概要】　本研究では超対称性を持つSkyrme模型におけるソリトン解を構成しました。このソリトン解はトポロジー的性質により安定ですが、多くの超対称ソリトンとは異なり、全ての超対称性を破っている(non-BPS)であることがわかりました。

【概要】　超弦理論の一種であるヘテロティック弦理論に存在する5次元の膜(brane)を理論的に調査しました。我々は特に「非幾何的」と呼ばれる構造を持つbrane解を具体的に構成し、そのモノドロミーがT双対変換により与えられることを示しました。このような時空構造はT-foldとして知られています。

【概要】　素粒子の相互作用を記述するゲージ場の理論では、非摂動的な量子効果を支配する「自己双対解」と呼ばれる古典的配位が存在します。4次元時空間における自己双対解の系統的構成法は数学者Atiyah, Drinfeld, Hitchin, Manin等によるADHM構成法が知られています。本研究ではADHM構成法が8次元時空間のゲージ理論まで拡張できることを理論的に示しました。