原子分子物理学Ａ

Atomos and Molecules A

9922A80

22PHZZZ305

金井　保之

Y. KANAI

2026年度後期

2026年度

②Second semester

火曜5限

Tuesday, 5

理学部第二部　物理学科

Department of Physics, Faculty of Science Division Ⅱ

2.00単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

物質のミクロな構成単位である原子分子は、20世紀初頭、物理学の革命を要求し量子力学を生み出す舞台になった。現在では、原子分子物理学は、広範な理工学諸分野の学術的基礎を与えている。また、学問としての原子分子物理学は非常に広範囲にわたっている。本講義では水素原子、水素型エキゾチック原子、水素分子を例として原子分子についての基礎的事項の理解を目指す。

原子分子物理学は広範囲の分野に応用されているが、その基本となっている原子分子の基礎的な知識を得る。

量子力学に基づいて、水素原子の固有状態、多電子原子、分子の初歩について理解する。

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

量子力学Iを履修済または履修中であることが望ましい．

課題に対する作文　Essay／小テストの実施　Quiz type test

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授業に使用する資料をLETUSに掲載するので必ず予習しておくこと。
自分で手を動かして式を導出するとともに、用語や図の意味を確かめること。

数回の授業ごとの小レポート（３０％）と期末のレポート（７０％）によって評価を行う。

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

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原子分子物理学の基本事項を含むものを以下に示すが、他にも多くの良書がある
・ 江沢洋 ：　 量子力学 I, II （裳華房, 2002）
・ 原康夫 ： 　量子力学 (岩波基礎物理シリーズ, 1994)
・ 近藤保、真船文隆： 　 量子化学(裳華房, 1997)
・ 高柳和夫 ：　原子分子物理学 （朝倉書店, 2000）
・ 市川行和、大谷俊介　　原子分子物理学ハンドブック　 (朝倉書店, 2012)

啓蒙的で興味深い読み物
・ 早野龍五、藤原真琴：反物質　（共立出版, 2026）
・ 山本義隆： 原子 ・ 原子核 ・ 原子力 (岩波書店, 2015)
・ ワインバーグ： 電子と原子核の発見 （ちくま学芸文庫, 2006）
・ セグレ： X 線からクォークまで　 (みすず書房, 1982)
・ 朝永振一郎： スピンはめぐる — 成熟期の量子力学 （みすず書, 2008)

01　　　　　序論
　　　　　　　　　授業の進め方を理解する。
02　　　　　水素原子１　　　　    
     （準備学習）　 配布資料で、角運動量演算子の性質、水素原子のシュレディンガー方程式が重心運動
　　　　　　　    と相対運動に分離でき、波動関数が動径部分と角度部分の分離できることを予習する。[2時間]
　　　　　　　 　水素原子の波動関数と角運動量演算子について理解する。
　　（復習）　　 　水素原子の波動関数を導出し、その意味を説明できる。[2時間]
03　　　　　水素原子２
　　（準備学習）　配布資料で、水素原子のエネルギー固有値とスピン軌道相互作用の影響について予習する。[2時間]
　　　　　　　　水素原子のエネルギー準位について理解する。
　　（復習）　　　水素原子のエネルギー準位について記述できる。[2時間]
04　　　　　水素原子３      
　　（準備学習）  配布資料で、静電磁場中の水素原子 のシュタルク効果、ゼーマン効果につて予習する。[2時間]
    　　　　　　　水素原子が静電場中に置かれた場合のエネルギー準位について理解する。
　　（復習）　　　静電磁場中の水素原子のエネルギー準位の振る舞いを記述できる。[2時間]
05　　　　　水素原子４　　
　　（準備学習）　配布資料で、自由電子の相対論について予習する。[2時間]
         　　　　　  水素原子のエネルギー準位への相対論の影響を理解する。
　　（復習）　　　水素原子のエネルギー準位について相対論の影響を記述できる。[2時間]
06　　　　　多電子原子１
　　（準備学習）　配布資料で、電子のスピンについて、および、フェルミ粒子とボーズ粒子について予習する。[2時間]
　　　　　　　　電子スピン、フェルミ粒子、ボーズ粒子について理解する。
　　（復習）　　　スピンと粒子の統計性の関係を説明できる。[2時間]
07　　　　　多電子原子２　
　　（準備学習）　配布資料で、多電子原子の波動関数の性質、近似について予習する。[2時間]
　       　　　　　多電子原子の波動関数を作る場合の考え方、近似法（自己無撞着場（SCF）近似、
　　　　　　　　パウリの排他原理、スレーター行列式）を理解する。
　　（復習）　　　多電子原子の波動関数の導出に近似方法（自己無撞着場（SCF）近似）の考え方を説明できる。[2時間]
08　　　　　多電子原子３　
　　（準備学習）　配布資料で、多電子原子のハートリーフォック近似と、励起状態の一つである、
　　　　　　　　二電子励起状態について予習する。[2時間]
　  　　　　　　  多電子原子の波動関数を作る場合のハートリーフォック近似を理解する。
　　　　　　　　多電子原子の二電子励起状態の概念理解する。
　　（復習）　　　多電子原子の波動関数のハートリーフォック近似の考え方を説明できる。
　　　　　　　　多電子原子の二電子励起状態の概念を説明できる。[2時間]
09　　　　　エキゾチックな原子１　
　　（準備学習）　水素原子のシュレディンガー方程式を参考にして、電子以外の粒子を含む原子
　　　　　　　　（エキゾチックな原子）の性質を予習する。[2時間]
　　　　　　　　エキゾチックな原子と水素原子の類似性を理解する。
　　（復習）　　　エキゾチックな原子のエネルギー準位を計算できる。[2時間]
10　　　　　エゾチックな原子２　
　　（準備学習）　配布資料で、二つの電子の内の一個が反陽子に置きかわったヘリウム原子
　　　　　　　　（反陽子ヘリウム）について予習する[2時間]
　　　　　　　　CERNでの反陽子ヘリウムの研究例を通して、合成、性質を理解する。
　　（復習）　　　反陽子ヘリウムの性質を説明できる。[2時間]
11　　　　　エキゾチックな原子３　
　　（準備学習）  配布資料で、陽子の反粒子である反陽子と、電子の反粒子である陽電子からなる
　　　　　　　　反水素原子について予習する。[2時間]
　　　　　　　　CERNでの反水素原子の研究例を通して、合成、性質、それを利用した研究
　　　　　　　　について理解する。
　　（復習）　　    反水素原子の研究について説明できる。[2時間]
12　　　　　二原子分子１　　　　　
　　（準備学習）　配布資料で、水素分子イオン、水素分子について予習する。[2時間]
　　　　　　　　水素分子イオン、水素分子で分子の基本的な性質を理解する。
　　（復習）　　　分子の結合について説明できる。[2時間]
13　　　　　二原子分子２
　　（準備学習）　配布資料で二原子分子の波動関数についての一般的な性質を予習する。[2時間]
           　　　　　二原子分子の波動関数の一般的な性質について理解する。
　　（復習）　　　二原子分子の波動関数について説明できる。[2時間]
14　　　　　まとめと復習
　　（準備学習）　学んだ全内容を総復習する。[20時間]
　　　　　　　　疑問点を質問し、理解する。
　　（復習）　　　疑問点が解消でき、そこを説明できる。[2時間]

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