前期 木曜日 ５講時 川北キャンパスＡ３０７. 単位数/Credit(s): 2. 担当教員(所属)/Instructor (Position): 若林 裕助、他 所属：理学研究科. 対象学部/Object: 全. 開講期/Term: 1/3/5/7セメスター. 科目群/Categories: 全学教育科目先進科目-フロンティア科目. 履修年度: 2024. 科目ナンバリング/Course Numbering: ZAE-OAR804J. 使用言語/Language Used in Course: 日本語.
各学部の履修内規または学生便覧を参照。
現代物理のフロンティア
/ Frontiers of Modern Physics
物理学は自然現象を単純な基本法則をベースに統一的に理解しようとする学問分野です。現代社会ではこの物理学的なアプローチは自然科学のみならず人文科学・社会科学の分野でも有効な方法として展開されています。本講義では様々な自然現象に対するこの物理学研究の最先端をオムニバス形式で伝えます。
/Physics is a field of research that attempts to understand natural phenomena in a unified manner based on simple fundamental laws. In modern society, this physics approach has been developed as an effective method not only in the natural sciences but also in the humanities and social sciences. In this lecture, the cutting edge of physics research on various natural phenomena will be introduced in an omnibus style.
各講師の提供する話題を通して物理学的なアプローチの本質を理解し，問題解決に向けた努力の方策を学ぶこと．
/Students should understand the essence of the physics approach through the topics provided by each lecturer and learn how to apply the approach to solve problems.
１回目 ４月１１日 今井正幸：物質から生命が誕生した謎を探る
生命は自発的に外部から栄養を取り込んで、それを元に自分自身を複製することによりどんどん増えていく不思議なシステムです。この不思議なシステムが物質からどの様にして誕生したのかを、実際に一から生命システムを作り出すことにより考えてみる。
２回目 ４月１８日 市川温子： 素粒子と重さと空間の不思議な関係
反粒子の発見、ヒッグス粒子の発見などを通して、素粒子の重さや空間に対する見方がどのように変わっていったのかを紹介する。
３回目 ４月２５日 田村裕和：この世界の様々な物質は宇宙でどう作られたのか
宇宙で素粒子クォークからどのように陽子・中性子が生まれたのか、超高密度の中性子星内部の物質は何なのか。こうした謎を解明すべく、加速器を使った様々な地上実験が天文観測とも連携して進められている。こうした最先端の原子核物理学の話題を紹介する。
４回目 ５月９日 隅野行成：素粒子物理学の世界像
現代の素粒子理論はゲージ原理と自発的対称性の破れを指導原理として構築されている。最先端の素粒子物理学の世界像を様々な角度から解説する。
５回目 ５月１６日 須田利美:元素について ー水素から超重元素(含二ホニウム)までの元素の成り立ちと私たちー
138億年前の宇宙開闢時(ビッグバン)には元素は存在していなかった。しかしながら、我々は多くの元素に囲まれており、また我々の体は12種類の必須元素と15種類の必 須微量元素を使って生命を維持している。本講義では、身の回りにあるこれら元素は、いつ、どこで、どのように造られてきたの か、宇宙での物質進化について解説する。また、東北大の研究者も関与した113番超重元素二ホニウム発見についても紹介する予定である。
６回目 ５月２３日 中山和則：素粒子の基礎理論と宇宙の進化
最もミクロな世界を記述する素粒子の基礎理論と、宇宙の進化は密接に関連しており、宇宙の観測を通して素粒子の世界が垣間見えるようになってきた。本講演では、素粒子論および宇宙論の最大の謎である暗黒物質に焦点をおき、最近の進展を紹介する。
７回目 ５月３０日 肥山詠美子：目に見えないミクロの世界の３体問題への誘い
目に見えないミクロの世界である原子核の性質を多体問題として取りあつかって研究を行うことが重要です。このような研究を、「人間社会の多体問題」と比較しながら、紹介する。
８回目 ６月６日 内田就也：群れの運動と同期現象
熱平衡から遠く離れた系で見られる協同現象の例として群れの運動および同期現象を取り上げ、さまざまな例と
ともにその理論モデルを紹介する。
９回目 ６月１３日 是常隆：物質中の電子の世界のシミュレーション
物質中の電子の運動がどのように理解されているか、またそのシミュレーションを行うことで物質の性質をどの程度定量的に理解できるのか、といった物質科学におけるシミュレーションの最先端について紹介する。
１０回目 ６月２０日 那須譲治：物質が示す相転移現象と自発的対称性の破れ
物質が持つ性質を決める対称性の破れや相転移について、量子力学的効果を考慮した最先端の研究を交えながら説明を行う。
１１回目 ６月２７日 若林裕助：物質の構造と性質
様々な物質が，多様な性質を示す。その性質の違いは，物質中で原子がどう並んでいるかによって決まる。大きな加速器を使って物質の構造を明らかにする取り組みを紹介する。
１２回目 ７月４日 大串研也： 磁石の基礎と応用
海辺で砂鉄を集めたことはないでしょうか。なぜ、砂鉄は磁石につくのでしょうか。その仕組みを量子力学に基づいて解説します。磁石の様々な産業応用についても紹介します。
１３回目 ７月１１日 佐藤宇史：電子と超伝導
本講義では、固体の物性を司る「電子」の量子力学的性質について述べ、さらに、電子どうしがペアを作ることで発現する「超伝導」の基礎と応用について紹介する。
１４回目 ７月１８日 遊佐剛：極限宇宙の物理を実験室から探る
ブラックホールとビッグバンに代表される極限宇宙は、現代理論物理学の最先端の研究テーマですが、その理論を天体観測で検証することは不可能です。本講義では、極限宇宙研究の最近の進展と、極限宇宙と同じ方程式で記述できる簡略化された宇宙のおもちゃモデルを半導体チップで作る研究について紹介します。
１５回目 ７月２５日 金田文寛：量子もつれと量子情報科学
量子もつれは従来の物理学の考え方を大きく変化させた、不思議な量子の世界の中でも最も不思議な概念である。講義では歴史的な経緯も含めながら量子もつれを解説する。そして、量子コンピュータや量子暗号通信技術の実現に向けた、光の量子、光子の量子もつれの最近の研究について解説する。
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1st: April 11th, Masayuki Imai: Pathway from matter to life.
Life is a system that spontaneously takes in nutrients from the environment and proliferates using them. Let us consider how this mysterious system developed from matter.
2nd: April 18th, Atsuko Ichikawa: Mysterious relationship between elementary particles, mass, and space
The lecture will show how the discovery of antiparticles and the Higgs boson has changed our view of space and mass of the elementary particles.
3rd: April 25th, Hirokazu Tamura: How was the various matter of this world created in the universe?
How were protons and neutrons born from quarks in the universe? What is the matter inside ultra-dense neutron stars? To solve these mysteries, various experiments on the earth using accelerators are being conducted in cooperation with astronomical observations. These cutting-edge topics in nuclear physics will be introduced.
4th: May 9th, Yukinari Sumino: The World of Particle Physics
Modern theory of elementary particle physics is constructed based on the principles of gauge symmetry and
spontaneous symmetry breaking. I will explain the cutting-edge view of particle physics from various perspectives.
5th: May 16th, Toshimi Suda: Nuclear Synthesis in the Universe
Right after the Big Bang 13.8 billion years ago, there were no chemical elements in the Universe. But now, you can find a wide range of elements on Earth, and some of them (12 essential elements and 15 essential trace elements) are very important to sustain our life. In this lecture, I will discuss how these elements came to be in our universe - when, where, and how these elements, which are closely related to us, were synthesized. In addition, I will introduce how the 113th superheavy element, Nihonium (Nh), has been synthesized and identified as a new element in Japan.
6th: May 23rd, Kazunori Nakayama: Particle theory and evolution of the Universe
Particle theory, which describes the microscopic world, and the evolution of the Universe are closely related. It is possible to probe the fundamental law of particles with cosmological observations. In this lecture I will introduce recent progresses on dark matter, one of the greatest mysteries in particle physics and astrophysics.
7th: May 30th, Emiko Hiyama: Introduction of three-body systems in invisible microscopic world
It is important to study property of nuclei as many-body systems. I introduce recent study of nuclear structure by comparing with many-body systems in human society.
8th: June 6th, Nariya Uchida: Dynamics of Flocks and Synchronization
The dynamics of flocking and synchronization in various systems along with their theoretical models will be discussed as examples of cooperative phenomena that emerge far from equilibrium.
9th: June 13th, Takashi Koretsune: Simulation of Electrons in Materials
I will introduce the cutting-edge simulations in materials science, focusing on the understanding of electron behavior in materials and how these simulations can quantitatively elucidate the materials' properties.
10th: June 20th, Joji Nasu: Phase transitions and spontaneous symmetry breaking in matter
The lecture will offer a comprehensive overview of phase transitions and spontaneous symmetry breaking, which determine the fundamental properties of matter, and also present recent studies incorporating quantum mechanical effects.
11th: June 27th, Yusuke Wakabayashi: Properties and structures of condensed matters
Various properties of matters are determined by the atomic arrangement, i.e., structure. In this class, current development of the x-ray techniques to elucidate the structures using large accelerator is presented.
12th: July 4th, Kenya Ohgushi: Fundamentals and Applications of Magnets
A magnet is a material in which electron spins are ordered in a macroscopic way. I will explain microscopic mechanisms of magnets. I will also touch on industrial applications of magnets.
13th: July 11th, Takafumi Sato: Electrons and Superconductivity
Electrons play a key role in determining physical properties of solids. This lecture overviews the interesting quantum properties of electrons, and further explains the basics and applications of superconductivity that occurs when two electrons bind together to form a Cooper pair.
14th: July 18th, Go Yusa: Exploring the physics of the extreme universe from the laboratory
The Extreme Universe, represented by black holes and the Big Bang, is a cutting-edge research topic in modern theoretical physics, but its theory cannot be verified by astronomical observations. In this talk, I will introduce recent progress in the study of the extreme universe and our research on making a simplified toy model of the universe on a semiconductor chip that can be described by the same equations as the extreme universe.
15th: July 25th, Fumihiro Kaneda: Quantum entanglement and quantum information
Quantum entanglement is a most mysterious concept in mysterious quantum theory, having changed drastically the traditional way of thinking in physics. In the lecture, we will see the mysteriousness of entanglement and its historical background. We will also learn experiments utilizing the entanglement of photons, i.e., quantum particles of light, toward the realization of quantum computers and quantum cryptography networks.
出席と各講師の出す課題の評点の合計により評価する．
/Evaluation will be based on attendance and the grade of the assignment given by each lecturer.
各回の講義内容について充分な復習を行うこと．
/Students are expected to review the contents of each lecture.
必要
/Necessary
授業は対面で行います。
必要な情報はGoogle Classroom で連絡するので、必ず登録してください。
/Classes will be held in person.
All necessary information will be provided via Google Classroom, so students must register for Google Classroom.