2024年度学院等開講科目理学院物理学系

素粒子物理学

開講元: 物理学系
担当教員: 陣内修
授業形態: 講義 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 火7-8 (M-B07(H101)) / 金7-8 (M-B07(H101))
クラス: -
科目コード: PHY.F351
単位数: 200
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 4Q
シラバス更新日: 2025年3月14日
使用言語: 日本語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

【概要】自然界の基本法則と基本構成要素を探求する素粒子物理学について講義する。今日の素粒子物理学は標準模型と呼ばれる理論の枠組みでうまく記述できる。このような理解がどのようにして得られたのかを、歴史的な実験事実に基づいて解説する。

【ねらい】講義は主に素粒子物理学の基礎を概説する部分と、実験的な側面を理解するうえで必要となる検出器・加速器などの解説をおこなう部分に分かれる。これらの基礎を踏まえ、最先端の研究施設においてどのような実験が行われているかについても概観する。

到達目標

【到達目標】本講義を受講することにより、素粒子物理に対する基本的な考え方、概観的な知識を習得することを目標とする。また最先端の計測技術により行われてきた一連の歴史的実験を俯瞰することにより、背景にある物理との関係性について深い理解を得ることを目標とする。
【テーマ】　本講義では素粒子の標準模型を中心に説明する。その中核を担う場の理論、ゲージ理論を概説し、関連する実験、クォーク模型、標準模型を構成する電弱統一理論、強い相互作用、ヒッグス機構などについて解説してゆく。

キーワード

レプトン、クォーク、ゲージボソン、弱い相互作用、強い相互作用、電弱統一理論、ヒッグス、加速器、検出器

学生が身につける力

専門力
教養力
コミュニケーション力
展開力 (探究力又は設定力)
展開力 (実践力又は解決力)

授業の進め方

講義は対面で行う。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	素粒子と場	波動関数と場の概念を説明できる
第2回	相対論的運動学	静止したパイ中間子が崩壊した時のミュー粒子の運動量を計算せよ
第3回	素粒子の種類と相互作用	素粒子の種類と相互作用を述べよ
第4回	粒子の安定性と保存則	どのような保存則が粒子の安定性を決めているのか理解する
第5回	反応断面積と加速器	シンクロトロンの原理を説明せよ
第6回	粒子の検出・測定原理	プラスチックシンチレータと光電子増倍管を用いた荷電粒子検出器の原理を述べよ
第7回	粒子の検出・具体例	コライダー測定器の構造を理解する
第8回	量子電磁力学とそれにまつわる話	ゲージ不変性の概念を説明せよ
第9回	クォーク模型と新粒子発見	トップ・クォーク対が生成した場合検出器でどのように観測されるか
第10回	強い相互作用	QEDとQCDの違いを説明せよ
第11回	弱い相互作用	ミューオンの寿命からフェルミ結合定数を求めよ
第12回	ニュートリノ質量とニュートリノ振動	ニュートリノ振動の式を導け
第13回	電弱統一理論	FCNCとは何か
第14回	ヒッグス機構とヒッグス粒子探索	素粒子が質量を獲得する機構を理解する

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

陣内修，渡邊靖志著　「素粒子物理入門」　培風館 (2023)

参考書、講義資料等

久世正弘ほか　「現代素粒子物理」森北出版
長島順清　「素粒子物理学の基礎I, II」朝倉書店
D. H. Perkins, "Introduction to High Energy Physics", Cambridge University Press (Kindle版もあり)

成績評価の方法及び基準

期末試験，及び講義への積極的参加度合いにより評価する

履修の条件・注意事項

量子力学の基礎を修得していること。