私たちの日常生活に欠くことのできない光は，太陽や蛍などの自然界に存在する発光体をはじめとして，電球や蛍光灯のような照明器具，半導体レーザーや発行ダイオードのような家庭電化製品の構成部品など，様々なものから発せられます。
通常，光は干渉や回折といった波動的性質を示すものとして認知されていますが，光の構成単位は「光子」とよばれ，光源に特有のエネルギーを持つ粒子です。光の粒子と波動の二重性を実験的に示すために，十分減衰させたレーザー光やヤングの干渉計に入射し，その出力をCCDカメラで撮影します。
下図に示すように，ダブルスリットを通過した光はCCDカメラ上のどこかの点で吸収され，白く映し出されます。これは光の粒子性を示しています。一方，時間が経過するにつれて，光子が検出された点の集合は縞模様になります。これは通常の光による干渉実験で得られる干渉縞に対応しています。
このことから，個々の光子は単なる粒子ではなく，自分自身と干渉してCCDカメラ上の到達位置を決めていると考えることができます。光子のこのような性質は現代物理学の基礎である量子力学によって説明することができます。

身の回りの物質，光（電磁波）などをミクロな領域まで分解していくと，それらの振る舞いは量子力学によって記述されます。量子力学が誕生してから100年ほど経ち，今や量子力学のコンセプトは情報社会へ実装されようとしています。
その例として，盗聴を完全に無意味化する「量子暗号」や一部の困難な問題が高速に計算できる「量子コンピューター」が挙げられます。どちらも量子力学の原理を用いなければ絶対に成し遂げられない性能を持っています。

これからの社会を担う皆さんは，量子力学が常識となる世代，「量子ネイティブ」にならなくてはなりません！　
そこで，本講義では，皆さんが「量子ネイティブ」になるための一助となるよう，量子力学の基本原理である，「波動性と粒子性の二重性」，「干渉」，「不確定性関係」を分かりやすく解説し，「なぜ量子暗号で安全な通信ができるようになるのか？」や「なぜ量子コンピューターは高速な計算ができるのか？」などを直観的に理解できるように説明します。そして，今後どんな「量子」情報社会となっていくのかという展望も紹介します。

荷電粒子を電磁場を用いて人工的に加速する装置を「（粒子）加速器」と呼び，「電子」は加速される荷電粒子の代表的なものの一つである。
「電子」は最も軽い荷電粒子であり，加速を受けて容易に光速に近い速さを持つようになる。相対性理論に従い，光速を超えることはできないが，99.9%といった非常に近いところまで到達することができる。

このような光とほぼ同じ速さの電子の軌道が磁石の磁場によって曲げられる際に，「電磁波」つまり「光」が発生する。この光を「シンクロトロン放射光」または単に「放射光」という。
電子を加速する加速器の種類や，電子の軌道を曲げる磁石装置の種類に応じて，赤外線～X線にわたる様々な波長の「光」を発生させることが可能である。現代の最先端科学研究において，様々な分野で放射光を利用した実験研究が行われている。
この「放射光」を含め，電子加速器を新しい「光源」として開発する研究も盛んにおこなわれており，その例をいくつか紹介したい。

※土日可能，平日は船橋校舎近郊（片道15分程度）以外は対応できない可能性あり

次世代のエネルギー源として期待されている発電方式の一つに「核融合発電」があります．
核融合とは原子力エネルギーの一つであり，太陽などの恒星内部で起こっている核反応です．つまり核融合発電とは，『地球上に小さな人工太陽を創り，そのエネルギーを用いて電気を作ろう』と言う世界的なプロジェクト研究です．

講義ではまず，物質の構成とその特性を「結晶」，「原子・分子」，「原子核と電子」の大きさの順に説明します．次に，この原子核がもつ原子力エネルギーをわかりやすく説明します．
原子力エネルギーには「核分裂反応」と「核融合反応」があり，それらの違いや，反応から生じる放射線の種類やその基礎特性などを解説します．また講義では，全世界的な問題となっている地球温暖化現象や環境問題に関しても紹介します．
最後に恒星における核融合と比較しながら，近未来のエネルギー源である核融合発電炉ITERについて解説します．ITERは核融合の科学的・技術的な実証を目的とした国際共同プロジェクトです．（写真参照：https://www.iter.org/）

身の回りの物質を分割していくと，究極的には分子や原子，そしてそれらを構成している素粒子のようなミクロな粒子に辿り着きます．そのようなミクロな粒子たちの運動を記述するのが量子論（量子力学）と呼ばれる物理学の理論です．
この量子論によると，同じ種類の粒子は全くの無個性で，原理的に区別をすることができません．この「同種粒子の識別不可能性」は非常に深い意味を持ち，例えば元素の周期表はこの識別不可能性（と角運動量の量子化と呼ばれるもの）の帰結として導き出すことができます．

この講義ではまず量子論の初歩について概観した後，同種粒子の識別不可能性に基づく粒子の分類およびその応用を紹介します．
この分類は粒子の統計性による分類と呼ばれ，同種粒子を交換した時の振る舞い方で大別されます．代表的な粒子統計としてボーズ・アインシュタイン統計とフェルミ・ディラク統計というものがあるのですが，他にも沢山あって，実は粒子たちが住んでいる空間の幾何学（特に空間の次元）に応じて様々な粒子統計が存在します．逆に言うと，空間の幾何学をコントロールすることで様々な粒子統計を創出することができ，近年ではこの事を積極的に利用した量子コンピュータへの応用などが盛んに研究されています（下図参照）．
本講義では同種粒子の識別不可能性をテーマに，量子論の基礎から最先端の研究までをできるだけ平易に紹介したいと思います．

加速器は，最近では素粒子実験でのヒッグス粒子の発見における素晴らしい成果によって，一般にもよく知られるようになってきています。
またノーベル賞に関してもよくニュース等で注目を浴びていますが，加速器に関連した基礎科学研究に与えられたノーベル賞は20世紀の自然科学の発展に大きな役割を果たし，戦後だけでも20件弱もあります。
ノーベル賞と関わりのある加速器と考えると一見遠い世界での話しのように思われがちですが，実は私たちの身近なところで加速器の技術が色々と応用され，私たちの生活に非常に役に立っています。

この講義では，加速器に関して簡単に解説し，具体的な応用利用，派生技術として，農業，産業，セキュリティー，文化財，学術・分析，環境，医療など様々な身近な分野で加速器技術が活躍していますので，これら各分野での応用例に関して紹介いたします。

レーザーで物が冷やせるか？
直感的にはそんなことはできないだろうと思われるでしょう。確かにレーザー冷蔵庫などといったものは聞いたことがありませんね。
逆にレーザーをあてると物の温度が上がると考える人が多いのではないでしょうか。実際レーザーは物を極めて高温にする用途に使用されており，金属の切断や加工，医療現場でのレーザーメスといったものに活かされています。
しかしながら，巧みにレーザーの波長や強さを調整することで，物質（この授業では気体状態の原子を対象にしています）を絶対零度付近まで冷やすことが可能なのです。

出前授業では，「レーザーを使って原子を冷やせる原理」を分かりやすく説明し，私の研究室で構築した「絶対零度付近まで原子を冷やす装置」を紹介します。
また，実験に使用しているレーザー装置などを実際に手にとって見ていただきます。さらに，この技術が私たちの生活の中でどのように活かされているのか紹介します。