上智大学 理工学部 物質生命理工学科 教員紹介｜小田切丈教授の原子・分子物理学研究とは

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小田切丈教授と、分子共鳴状態の反応動力学に関する研究」です。

惑星の大気やプラズマなどでは、イオンや高いエネルギーを持つ粒子が原子や分子と衝突し、さまざまな化学変化が起こります。小田切丈教授は、その反応の途中で現れる「分子共鳴状態」に注目し、原子や分子の世界で何が起きているのかを実験によって研究しています。

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小田切丈教授の研究テーマ

小田切教授は、上智大学 理工学部 物質生命理工学科の教授です。上智大学理工学部では、主な研究テーマとして「分子共鳴状態の反応動力学に関する実験研究」が紹介されています。学位は東京工業大学の博士（理学）です。

研究分野は原子分子物理学や反応物理化学で、原子や分子に光や電子が作用したときに起こる現象を詳しく調べています。

高校では「物理」と「化学」を別々の科目として勉強することが多いですが、小田切教授の研究では、原子や分子のエネルギーを物理学的に理解しながら、それによって起こる化学変化を調べます。まさに物理と化学が交わる研究分野といえるでしょう。

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「分子共鳴状態」とは何だろう？

小田切教授の研究を理解するうえで重要なのが「分子共鳴状態」という言葉です。

原子や分子に外部からエネルギーが与えられると、普段とは異なる高いエネルギー状態になることがあります。その中には非常に不安定で、短い時間だけ存在した後に別の状態へ変化するものがあります。

小田切教授は、こうした反応途中の状態がどのようにつくられ、その後どのように崩壊していくのかを実験によって調べています。

化学反応というと、反応前の物質と反応後の物質に注目しがちです。しかし大学での研究では、「反応している途中に何が起きているのか」まで考えます。その瞬間を理解することで、化学反応そのものをより深く理解できるようになります。

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大型施設で生み出される「放射光」を利用する

小田切教授の研究では、大型加速器施設で得られる「放射光」が利用されています。

放射光とは、高速で動く電子の進行方向を変えたときなどに発生する非常に強い光です。小田切教授は、真空紫外から軟X線と呼ばれる高いエネルギー領域の放射光を使い、分子共鳴状態をつくり出して、その後どのように変化していくのかを観察しています。

研究室の中だけで完結する実験ではなく、専門的な大型研究施設の設備を利用して研究する場合があることも、現代の科学研究の特徴の一つです。

高校の物理で学ぶ光やエネルギー、化学で学ぶ原子・分子の知識が、その先ではこうした最先端の実験研究へとつながっていきます。

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惑星大気やプラズマの化学変化にもつながる

上智大学の公式研究紹介では、小田切教授の研究と関係する現象として、惑星大気、プラズマ、放射線科学などが挙げられています。

こうした環境では、イオンや高エネルギー粒子が原子・分子と衝突します。その結果として生まれる分子共鳴状態や、その後の変化を理解することは、特殊な環境の中で起こっている化学反応を考えるための基礎になります。

「宇宙に興味がある」と聞くと、星や銀河を望遠鏡で観測する研究を想像する人も多いかもしれません。しかし、宇宙や惑星に関係する研究には、原子・分子という非常に小さな世界から現象を理解する方法もあります。

大きな宇宙の現象を、小さな分子の動きから考える。このスケールの違いも、小田切教授の研究を知る面白さの一つです。

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分子の変化をデータから読み解く

原子や分子の反応は、そのまま肉眼で観察できるものではありません。そのため研究では、実験装置から得られるスペクトルなどのデータを分析し、分子がどのような状態になったのかを考えます。

小田切教授は、光電子スペクトルの測定や多電子励起分子のダイナミックスなど、原子・分子の状態を精密に調べる研究にも取り組んできました。

ここでは「実験が好き」ということだけではなく、得られたデータを見ながら「なぜこの結果になったのだろう」と考える姿勢も重要になります。

予想と異なるデータが出たとき、それを失敗として終わらせるのではなく、条件や仮説を見直して原因を考える。その積み重ねが、まだ知られていない現象を明らかにする研究につながります。

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上智大学 理工学部 物質生命理工学科の学びとのつながり

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、材料工学などを包括的・複合的に学びます。原子や分子から高分子、生命現象までを対象とし、「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」というキーテーマを軸に専門教育が行われています。

小田切教授の研究は、その中でも原子・分子という物質の非常に小さな世界に注目した研究です。

高校で物理の原子分野や化学の原子構造を学んだとき、「電子は実際にはどのように動いているのだろう」「分子に強い光を当てると何が起きるのだろう」と疑問を持った人にとっては、その疑問の先にある研究を知るきっかけになるでしょう。

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推薦入試では「物理も化学も好き」の先を考える

上智大学 理工学部 物質生命理工学科の推薦入試を考える際には、「物理と化学が好きです」というだけでなく、具体的に何に興味を持っているのかを掘り下げてみましょう。

たとえば、「原子や分子に光を当てると何が起こるのか気になる」「宇宙のような特殊な環境で起こる化学反応を知りたい」「学校の実験では見えないほど短い時間で起こる反応を研究してみたい」といった問いへ発展させることができます。

高校生の段階で分子共鳴状態や放射光について詳しく説明できる必要はありません。まずは自分が疑問に思ったことを調べ、そこから新しく生まれた疑問をさらに追いかけていくことが大切です。

小田切教授の研究を調べてみると、高校で別々に学んでいる物理と化学が、大学では一つの研究テーマの中でつながっていることが見えてきます。普段の授業で気になった原子や分子、光、エネルギーについて、ぜひ「なぜ？」をもう一段深く掘り下げてみてください。

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。