若手奨励賞
日本物理学会では、将来の物理学をになう優秀な若手研究者の研究を奨励し、 日本物理学会をより活性化するために若手奨励賞を設けています。第16回日本物理学会若手奨励賞受賞者（領域11）
受賞者の発表
2021年6月の会告にしたがって，第16回日本物理学会若手奨励賞（領域11）の募集を行い，同年7月26日に締切りました．若手奨励賞領域11内規にしたがって設置された領域11の審査委員会による厳正な審査の結果，応募者の中から下記の4名の候補者が選考され，同年10月の物理学会理事会で受賞者として承認されました．ここでその受賞を祝福するとともに，領域11関係者に公示いたします．なお，対象論文などの情報については， 物理学会の若手賞のWebサイトをご覧ください．
| 受賞者 | 受賞題目 |
|---|---|
| 白井 達彦（早稲田大学基幹理工学部 情報通信学科） | 周期外場駆動量子開放系の定常状態に関する理論研究 |
| 諏訪 秀麿（東京大学 大学院理学系研究科 物理学専攻） | 多体問題に対する効率的なモンテカルロ法の開発 |
| 髙田 智史（東京農工大学工学研究院先端機械システム部門） | 粒子の柔らかさが粉体ガスおよびサスペンション系のレオロジーに及ぼす影響についての理論的研究 |
| 中野 裕義（慶應義塾大学理工学部） | 一様剪断流の非平衡定常系における連続対称性の破れと長距離秩序 |
審査経過報告
本年度の領域11若手奨励賞は、2021年7月26日の締切までに応募のあった8名の候補者の中から厳正な審査を経て、4名への授賞を決定した。審査は、領域代表が指名した9名の審査委員によって行われた。審査委員は領域11が対象とする広範な分野をカバーするべく、異なる専門を持つ研究者から選出されている。うち1名が審査委員長を務め、審査の取りまとめに当たった。審査手順は以下の通りである。まず各候補者について、共同研究や過去の指導教員など関わりが深い委員を、「関係者」と定義し、委員長の求めに応じて参考情報を述べる以外は、当該候補の審査に加わらないこととした。審査は二段階で行った。まず一次審査では各候補者について、審査委員長が指名した 3名が、審査対象論文を審査し、業績の独創性や候補者の貢献度を勘案して、絶対評価による採点を行い、査読レポートを作成した。二次審査は、Zoom によるオンライン審査会議を行った。一次審査の査読レポートおよび採点の集計結果をあらかじめ審査員全員が閲読し、会議当日にその内容について、各候補者について担当審査員3名が意見を述べた後で、審議を行った。その議論に基づいて、採点結果を再度検討し、全審査員の合議により、受賞者を決定した。昨年に引き続き、二次審査をオンラインにより行ったが、やはり双方向型の議論がしやすい点で優れていると思われた。
本年度は4名の候補者を決定したが、今回、受賞に至らなかった候補者の研究のレベルも、非常に高いものが多く、今後の展開と再応募に強い期待が審査員から寄せられている。新規、再応募ともに来年度も、多くの方の推薦と応募があることを期待する。
受賞理由
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白井 達彦：周期外場駆動量子開放系の定常状態に関する理論研究
Theoretical study on a steady state of periodically driven open quantum systems近年、実験技術の進歩とともに、統計力学における基礎的な問題として、熱化現象に関する様々な問題が議論されている。注目する系の定常状態や、その状態への緩和現象を明らかにすることが、その中心的な課題である。振動外場中の熱化現象は、最も基礎的な設定の一つとして盛んに議論されている。熱環境中にある量子系は平衡分布に緩和するが、さらに系が周期外場下にある場合、系の定常状態は全く非自明である。このような状況での定常状態の分類をすることは、統計力学上の基礎的な興味にとどまらず、実験的文脈においても極めて重要である。白井氏は一連の研究論文において、周期外場中の量子孤立系の物理を記述するフロケハミルトニアンに注目し、熱環境中での定常状態が、フロケハミルトニアンを使ったギブス状態（フロケ−ギブス状態）になる条件を一般的に調べあげた。その結果、フロケ−ギブス状態が、物理的に自然な条件において発現し得ることを示した。フロケ−ギブス状態は、熱環境の種類や熱環境との結合強度などに強く依存しない普遍的な状態であり、その成立条件は、近年理論実験ともに盛んに研究されているフロケエンジニアリングの文脈においても、重要な知見を与える。また白井氏は、熱環境中にある量子多体系の時間発展を有効的に記述するダイナミクスを考察し、熱環境との結合強度や系のサイズが緩和現象に与える影響を明らかにするなど、近年注目されている散逸エンジニアリングの文脈においても基礎的な知見を与える成果を得ている。このように白井氏の研究は、その論文の質および分野を超えた影響力も高く評価される。よって、白井氏は物理学会若手奨励賞に相応しい。
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諏訪 秀麿:多体問題に対する効率的なモンテカルロ法の開発
Development of efficient Monte Carlo methods for many-body problems統計力学や物性物理学において、数値計算手法の開発はますますその重要性を増している。複雑な多体問題を効率良く計算するには、しばしばアルゴリズム等の抜本的な改良が必要となる。また非自明な物理現象の解明は、時として新しい解析手法の開発を要する。諏訪氏は、広く用いられているモンテカルロ法において、その効率を大幅に向上させるアルゴリズムや新しい解析手法を提案し、それらの有効性を実証した。まず、マルコフ連鎖モンテカルロ法において、従来用いられてきた詳細つり合いの条件を破りながらも大域的なつり合いを保つ新しい状態更新アルゴリズムを考案した。これは、多くの問題で棄却なし（rejection free）のシミュレーションを可能とする斬新なアイデアで、その高い汎用性から、これまですでに多くのモンテカルロ法の改良に用いられている。その一つとして、諏訪氏は、この手法を多くの量子系及び古典系に用いられているワームアルゴリズムに応用することで大幅な効率向上に成功した。これはクラスターアルゴリズムよりも高効率で，現在最も計算効率の高いモンテカルロ法のひとつとなっている。さらに諏訪氏は、モンテカルロ法が苦手としてきた励起エネルギーの計算手法の開発も行なった。そこでは、モーメント法を高次に拡張し、励起エネルギーに収束する推定量の列を考案した。これにより、高精度な励起エネルギー計算を用いた相転移の解析を可能とするモンテカルロレベルスペクトロスコピーと呼べる手法を確立した。 諏訪氏のこれら一連の業績は、汎用的かつ効率的な手法を開発することで、モンテカルロ法の新しい地平を切り拓くものとして極めて高く評価できる。諏訪氏の提案した新手法は、統計力学や物性物理学にとどまらず、素粒子物理学、量子化学、機械学習、情報理論といった多くの分野で応用されるなど、大きな波及効果をもたらしている。よって、氏は物理学会若手奨励賞に相応しい。
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髙田 智史: 粒子の柔らかさが粉体ガスおよびサスペンション系のレオロジーに及ぼす影響についての理論的研究
Theoretical study on rheological effects of particle softness for granular gas and suspension粉粒体系やコロイド系は、応力が剪断速度に線形に依存するニュートン流体とは異なる流動性を示すことが多く、これにより生ずる複雑なふるまいは多様で興味深い。こうした複雑なレオロジーを構成粒子の運動に基づいて明らかにすることは統計物理学の課題の重要な１つであるが、解析的な取り扱いは困難であり、計算機シミュレーションの発展とともに研究が進み今日に至る。解析的な研究では剛体球モデルが主に使われ、排除体積の効果の解明と取り扱いとが進んでいる。しかし実際の粉体粒子やコロイド粒子は衝突に際して変形し、剛体は必ずしも良いモデルではない現象が多い。こうした状況下で高田氏は粒子の「柔らかさ」を解析的に扱い、粒子の運動論を構築してレオロジーまで結びつけることに成功した。衝突の際、重なり幅に比例した調和型の反発力が働く３次元球モデルの散乱過程の解析解を求め、この結果を使って粒子運動論を構築した。理想的な柔らかい粒子モデルである線形弾性球の場合は重なり幅の3/2乗に比例したヘルツ型の反発力となるため、高田氏の考察した反発力は調和型とは異なる。とはいえ、これまでよく使われてきたレナードジョーンズ型や矩形井戸型よりは線形弾性球に近い接触相互作用で、実際の系に近いものと考えられる。得られた運動論によりレオロジーを評価し、剪断速度が大きくなると粘性率が不連続転移して大きくなる現象（シアシックニング）を示すことを予測した。さらに粒子の柔らかさによってその転移の様相も変化し、柔らかい時には１回の転移であるが、硬くなると２回転移する。こうしたふるまいは計算機シミュレーションにより確認されており、実験的な確認および現実の課題への応用が期待される。さらにこの運動論の応用を進め、粉体気体で柔らかさが効き剛体による記述が適当ではない領域の区別や、サスペンション系での非線形抗力が高温の系の方が低温の系よりも速く低温状態に緩和する異常緩和現象の予測へと進めている。こうした高田氏の業績は優れたものであり、さらに今後のこの分野をけん引する研究の展開を期待させるもので、若手奨励賞にふさわしいと評価する。
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中野 裕義: 一様剪断流の非平衡定常系における連続対称性の破れと長距離秩序
Continuous symmetry breaking and long-range order in nonequilibrium systems under steady shear flow中野氏は、一様な剪断流の存在する系で出現する新奇な現象について, 非平衡系に特有な二つの興味深い結果を得た。論文1では、空間に拡がった二成分連続オーダーパラメタの相転移を記述するモデルに剪断流れを加え、オーダーパラメタの移流の効果を考えた。特に重要なのは空間二次元の場合である。流れのない熱平衡状態では、オーダーパラメタの揺らぎの相関関数が発散するので秩序相は存在しない（マーミン・ワグナーの定理）。本研究では、流れの影響によって揺らぎの空間相関が変化し、流れ方向の相関関数が有限にとどまることを示した。これは、二次元系でも流れ方向には連続対称性が破れて長距離秩序が発現しうることを意味する。さらに、流れのある系での臨界現象を検証するために、筆者らは非等方系での有限サイズスケーリングを整備した。その枠組みに従ってこの二次元系では確かに臨界現象が起こっていることを数値的に確認し、各種臨界指数も評価した。この相転移は流れ無しの平衡系で起こるKT転移とは異なる温度で発生するが、それらは流れ速度ゼロの極限でも一致しないことも示唆している。これは、剪断速度ゼロ極限でも長距離秩序が残ることを意味する。今後同様な現象を示す他の系が見つかれば、本研究の普遍的な価値はさらに高まると期待される。 論文2では、N成分スカラー場が流れで運ばれる状況を考えている。その意味で上記論文とほぼ同じ状況設定であり、ここでも剪断流れの影響によって起こる現象を明快に解析している。対称性が自発的に破れた状態で定常解の周りの揺らぎ(Nambu-Goldstoneモード)の分散関係を求め、流れ方向に関しては周波数が波数の2/3乗に比例することを示した。これは上記論文で得られた結果とも合致している。このモードは固有モードは空間に局在していることも確かめられた。この新たなギャップレスモードが空間局在することは大変興味深く、今後同様の性質を示す別の系が見つかることが期待される。 いずれの仕事も、「熱平衡での重要概念が非平衡だとどう変わるか」という自然なアイデアのもとに研究され、計算なども素直である一方で、極めて非自明な物理的結果が得られた。その意味で、理論の論文としては一つの理想的な形である。より具体的な系の検討が進めば、本研究の意義はさらに深まると期待される。 これらの研究を主体的に実行した中野氏は、物理学会若手奨励賞に相応しい。
授賞式
第77回年次大会において領域11の若手奨励賞授賞式・受賞記念講演が実地開催される予定です．
日本物理学会 領域11