上智大学 理工学部 物質生命理工学科 教員紹介｜岡田邦宏教授の低温イオン・星間化学研究とは

こんにちは！KOSSUN教育ラボ教務担当（上智大学推薦入試サポート）です。

今回のテーマは、

「上智大学 理工学部 物質生命理工学科の岡田邦宏教授と、低温イオン・星間化学の研究」です。

宇宙空間では、地球とは大きく異なる低温・低密度の環境で、さまざまな化学反応が起きています。では、そうした極端な環境の中で分子はどのように生まれ、変化していくのでしょうか。岡田邦宏教授は、イオンや分子を低温で精密に制御しながら、原子・分子の世界や星間空間で起こる化学反応を研究しています。

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岡田邦宏教授の専門は原子・分子物理学と星間化学

岡田教授は、上智大学 理工学部 物質生命理工学科に所属しています。研究分野は原子・分子物理学、星間化学、量子エレクトロニクスです。主な研究キーワードとして、イオンのレーザー冷却、イオン分子反応、イオンのクーロン結晶、イオントラップ、共鳴多光子イオン化などが挙げられています。

上智大学の公式情報では、主な研究テーマとして「イオンのレーザー冷却とその応用、星間化学研究を目的とした低温イオン─分子反応の研究」が紹介されています。

高校では物理と化学を別の科目として学ぶことが多いですが、岡田教授の研究は、その二つが深く交わる領域です。原子や分子の運動を物理学の視点から理解しながら、それらが衝突したときにどのような化学反応が起こるのかを実験によって調べていきます。

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イオンを捕まえる「イオントラップ」とは

岡田教授の研究で重要な技術の一つが「イオントラップ」です。イオンとは、電子を失ったり受け取ったりして電気を帯びた原子や分子のことです。イオントラップでは、電場などを利用して、空間の中にイオンを閉じ込めます。

原子や分子は非常に小さいため、そのままでは細かな動きを観察することが簡単ではありません。そこでイオンを特定の場所に閉じ込め、温度や運動状態を制御することで、反応や性質をより精密に調べます。

高校の物理で学ぶ電場や荷電粒子の運動、化学で学ぶ原子・分子・イオンなどの知識が、その先ではこうした実験装置の原理や研究につながっていきます。

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レーザーを使ってイオンを冷却する

「レーザー」と聞くと、物体を加熱したり、光を当てたりするイメージがあるかもしれません。しかし岡田教授の研究では、レーザーを利用してイオンの運動を小さくし、低温状態をつくる「レーザー冷却」という技術が使われています。

原子やイオンの温度を下げて動きを抑えると、通常の温度では見えにくい現象を詳しく観察できるようになります。さらに、イオン同士が規則正しく並んだ「クーロン結晶」と呼ばれる状態を利用した研究も行われています。

目で直接見ることのできない原子や分子の運動を、レーザーや電場を使って制御するという研究は、高校で学ぶ光や電磁気、原子の知識が高度な実験技術へ発展した例といえるでしょう。

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実験室から星間分子雲の化学に迫る

岡田教授が現在取り組んでいる重要な研究の一つが、星間分子雲や星・惑星系が形成される領域で起こる低温イオン分子反応の研究です。

星間分子雲とは、宇宙空間に存在する低温のガスやちりが集まった領域です。星や惑星の形成とも関係しており、その内部では非常に低い温度の中でもさまざまな分子が存在しています。

岡田教授の研究では、極性分子や分子イオンの状態を低温に制御し、イオンと分子が衝突したときにどのような反応が起こるのかを測定します。その実験結果を理論計算と比較することで、宇宙空間で進む化学反応を理解しようとしています。

地球から遠く離れた宇宙の現象を調べるために、望遠鏡で観測するだけではなく、実験室の中で宇宙に近い条件をつくり、原子や分子の反応を調べる方法もあるのです。

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物質生命理工学科で学ぶ「原子・分子」の世界

上智大学 理工学部 物質生命理工学科では、物理学、化学、生物学、環境科学、材料工学などを複合的に学びます。原子・分子から高分子、生命現象までを幅広く扱い、「物質とナノテクノロジー」「環境と生命の調和」「高機能材料の創成」をキーテーマとして専門的な学びを深めます。

岡田教授の研究は、その中でも原子・分子という非常に小さな世界から物質を理解する研究の一つです。

宇宙が好きだから天文学、化学反応が好きだから化学、と最初から一つの分野だけに絞る必要はありません。岡田教授の研究のように、「宇宙」「物理」「化学」が一つのテーマの中でつながる研究もあります。

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高校の物理や化学から問いを広げてみよう

岡田教授の研究に興味を持ったら、高校の授業で学んだ内容から疑問を広げてみましょう。

たとえば、「宇宙空間にはどのような分子が存在するのだろう」「非常に低い温度でも化学反応は起こるのだろうか」「レーザーを当てることで、なぜ原子やイオンを冷やせるのだろう」といった問いがあります。

物理の授業で電場や光について学んだ経験、化学でイオンや分子について学んだ経験が、大学では一つの研究テーマの中で結びつくことがあります。

大切なのは、公式や用語を覚えるだけでなく、「なぜこの現象が起きるのか」「条件を変えたら何が変わるのか」と考えてみることです。その疑問が、大学で研究したいテーマを考える入口になります。

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推薦入試に向けて「宇宙が好き」の先まで考える

上智大学 理工学部 物質生命理工学科の推薦入試を考えている場合、「宇宙に興味があります」「物理が好きです」というところから、もう一段深く自分の興味を整理してみましょう。

たとえば宇宙に興味があるなら、星そのものを研究したいのか、宇宙空間に存在する物質に興味があるのか、極低温で起こる化学反応を知りたいのかによって、学びたい内容は変わってきます。

さらに岡田教授のような教員の研究内容を調べてみると、自分が高校で興味を持った物理や化学が、大学でどのような研究につながるのかが見えてきます。

研究テーマを高校生の段階ですべて決める必要はありません。身近な疑問や授業で興味を持った現象を出発点に、「もっと知りたいこと」を一つずつ掘り下げてみてください。宇宙という非常に大きな世界を、原子や分子という非常に小さな世界から研究する岡田教授の研究は、物質生命理工学科の幅広い学びを知るきっかけになるでしょう。

もし一人で整理するのが難しいと感じたら、KOSSUN教育ラボの無料個別相談も活用してみてください。

※本記事は、記事作成時点で上智大学公式サイト等に掲載されている情報を確認したうえで作成しています。入試制度、出願資格、試験内容、日程、カリキュラム、教員の所属・研究分野などは変更される場合があります。受験を検討している方は、必ず上智大学公式サイトおよび対象年度の最新の入学試験要項をご自身で確認してください。

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※この記事は専門家による監修のもと執筆されています。