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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.
原子核を構成する陽子・中性子は、クォークという素粒子から作られた複合粒子であることが分かっている。クォークは単体として陽子・中性子（ハドロン）から取り出すことは出来ないが、ビックバンにより宇宙が開闢した直後には、宇宙はクォークが自由に飛びまわるクォークのガス状態だったと考えられる。宇宙の膨張により温度が下がると、クォークは陽子・中性子の中に閉じ込められ、軽い原子核を作り、電子をまとい原子を形成した。さらに重力によって原子が集まり星が形成されると、星の中でより重い原子核（すなわち重い元素）が合成された。最終的には超新星爆発や中性子星合体によってさらに重い原子核が合成され宇宙にばらまかれ、我々の世界の物質を構成する様々な元素が作られていったと考えられている。これら全ての過程を統一的に理解することは、物質科学の出発点ともいうべき壮大なテーマであり、それこそが、現代の原子核物理学＝ハドロンや原子核など強い相互作用に支配されたクォーク多体系の物理学、の使命である。
本講義では、こうした物質進化の歴史に沿って、クォークからスタートして原子核物理学を概観する。また、どういう実験事実からそれが分かってきたのか、最先端の研究の状況はどうか（例えば、中性子星内部の未知物質を加速器実験で解明しようとする実験など）、といった点にも触れながら講義を行う。
It is known that the protons and neutrons that compose atomic nuclei are composite particles made of elementary particles called quarks. Although quarks cannot be extracted from protons and neutrons (hadrons) as single particles, it is believed that immediately after the creation of the universe by the Big Bang, the universe was in a quark gas state with quarks flying around freely. As the temperature dropped due to the expansion of the universe, quarks were confined in protons and neutrons, which formed light nuclei and then created atoms by clothing electrons. After that, gravity brought the atoms together to form stars, and heavier nuclei (i.e., heavier elements) were synthesized within the stars. Finally, supernova explosions and neutron star mergers produced even heavier nuclei and dispersed them throughout the universe to create the variety of elements that make up the matter in our present world. Understanding all these processes in a unified manner is a grand theme as the starting point of material science, and this is the mission of modern nuclear physics, i.e., the physics of quark many-body systems such as hadrons and nuclei governed by strong interaction.
In this lecture, I will give an overview of nuclear physics starting from quarks along the history of matter evolution. The lecture will also touch on what kind of experimental facts have led to this understanding, and the state of the art of research (e.g., accelerator experiments to elucidate unknown matter in neutron stars).
近年の物理学は著しく発展しています。私たちの住む宇宙の歴史と構造の解明も進んできました。また、私たちの身近にある最先端の科学技術の多くは物理学によって基礎づけられています。このように、人類に夢を与え、社会の基盤を支えている最先端の研究内容を理解する方法を議論しながら学ぶことを目的とします。そのために、前半では、物理学の基礎科目の目的と概要を議論しながら理解します。後半では、いくつかの最先端の研究と社会的つながり、そして未来社会をみんなで予測します。そして、みなさんの将来像（vison）を考えます。この授業を設計した背景には、私が現在「基本法則から読み解く物理学最前線（共立出版）」を監修し、多くの最先端の研究を遂行している研究者との対話から感じた内容を、皆さんに是非伝えたいという想いがあります。
In recent years, physics has evolved significantly. The history and structure of the universe in which we live have been elucidated. Many of the cutting-edge science and technology that we are familiar with are based on physics. The purpose is to learn while discussing ways to understand the cutting-edge research content that gives humanity a dream and supports the foundation of society. To that end, in the first half, we are going to discuss and understand the purpose and outline of the basic subjects of physics. In the second half, we will all predict some cutting-edge research, social connections, and future society. Finally, think about your future vision. In this class, I would like to tell you what I felt from the dialogue with researchers who are currently supervising "The Frontier in Physics to Understand from the Basic Laws (Kyoritsu publishing co.)"
原子核、素粒子、物性、地球物理、天文の各領域における最新の話題を題材に、基礎物理の解説も交えて、初級者に、現代の「物理科学」の全貌を紹介する。授業は、物理学科、宇宙地球物理学科（天文コース、地球物理コース）から１３名の講師が週替わりで担当する。
This course provides an overview of modern physical science. Thirteen lecturers in the Department of Physics, Department of Geophysics, and Department of Astronomy cover a wide area of physics including nuclear physics, particle physics, condensed matter physics, earth science, and astronomy.
原子核、素粒子、物性、地球物理、天文の各領域における最新の話題を題材に、基礎物理の解説も交えて、初級者に、現代の「物理科学」の全貌を紹介する。授業は、物理学科、宇宙地球物理学科（天文コース、地球物理コース）から１３名の講師が週替わりで担当する。
This course provides an overview of modern physical science. Thirteen lecturers in the Department of Physics, Department of Geophysics, and Department of Astronomy cover a wide area of physics including nuclear physics, particle physics, condensed matter physics, earth science, and astronomy.
宇宙の誕生の謎に迫るには，原子核物理学，素粒子物理学，宇宙物理学，一般相対性理論，天体物理学を含んだ諸物理学分野の知を結集することが必要です。これらの宇宙の歴史に関わる研究を最新の成果を交えながら概説します。
In order to unravel the history of the universe, we need to gather every knowledge of nuclear physics, particle physics, cosmology, general relativity and astronomy. We review the researches of these subjects also covering the latest development.
素粒子物理学は、物質の基本構成要素とその相互作用について研究し、我々の世界を理解しようとする学問である。本授業では、素粒子物理の基礎・考え方・実験技術を学ぶ。
Elementary particle physics is a discipline which explores the basic constituents of matter and their interactions to understand our universe. In this course, students will learn the basics of elementary particle physics, way of thinking, and experimental technique.
最もミクロな世界の法則を探究するのが素粒子物理学、一方で最も大きな世界すなわち宇宙の様々な現象の解明を目指すのが宇宙物理学です。この一見対極にあるような２つの分野は実は密接に結び付いています。本演習では、素粒子の世界の法則が宇宙の現象の解明にどのように役立つのかを理解することを目標とします。特に基礎原理・法則に基づいて、日常的なスケールから大きくかけ離れた現象について大雑把に評価する感覚を養うことを重視します。受講者にはまずこれらの基礎的な事項をゼミ形式で学んでもらい、その後具体的なテーマについて調査・発表をしてもらいます。
Particle physics aims for revealing the law of the most microscopic world. Cosmology aims for revealing the phenomena in the most macroscopic world, the Universe. These two fields are closely related with each other. The purpose of this class is to understand this connection. In particular, I give importance to learning how to make an order-of-magnitude estimation on phenomena in extreme scales. Attendees are requested to first learn some basics things about relativity and quantum mechanics, and later give presentations on concrete topics.
暗黒物質は、銀河の回転曲線や重力レンズ効果、宇宙背景放射などの観測結果からその存在が示され、宇宙の総質量エネルギーの約27％を占めていると考えられている。さらに、冷たい暗黒物質は宇宙の構造形成において重要な役割を果たし、標準宇宙論において欠かすことのできない重要な構成要素である。一方で、暗黒物質の候補は素粒子物理における標準模型には含まれておらず、標準模型を超える物理を示唆する存在とされている。
本講義では、素粒子物理学における暗黒物質について講義を行う。これまでに様々な暗黒物質モデルが提案されているが、それらのモデルの特徴、理論的動機、問題点などについて概観する。また、主要な暗黒物質候補に関する実験的な探索方法についても講義を行う。この講義を通じて、暗黒物質と素粒子標準模型を超える物理の繋がりを理解することを目的とする。
Observations of galaxy rotation curves, gravitational lensing effects, and cosmic microwave background radiation indicate the existence of dark matter, which accounts for about 27% of the total mass-energy of the universe. Furthermore, cold dark matter plays an important role in the structure formation of the universe and is an indispensable component of the Standard Cosmology. On the other hand, dark matter candidates are not included in the Standard Model in particle physics, which suggests physics beyond the Standard Model.
In this lecture, we discuss dark matter in particle physics. So far various dark matter models have been proposed, and in this lecture, we review their characteristics, theoretical motivations, and problems. Experimental search methods for major dark matter candidates will also be discussed. Through this lecture, the aim is to understand the connection between dark matter and physics beyond the Standard Model of elementary particles.
暗黒物質は、銀河の回転曲線や重力レンズ効果、宇宙背景放射などの観測結果からその存在が示され、宇宙の総質量エネルギーの約27％を占めていると考えられている。さらに、冷たい暗黒物質は宇宙の構造形成において重要な役割を果たし、標準宇宙論において欠かすことのできない重要な構成要素である。一方で、暗黒物質の候補は素粒子物理における標準模型には含まれておらず、標準模型を超える物理を示唆する存在とされている。
本講義では、素粒子物理学における暗黒物質について講義を行う。これまでに様々な暗黒物質モデルが提案されているが、それらのモデルの特徴、理論的動機、問題点などについて概観する。また、主要な暗黒物質候補に関する実験的な探索方法についても講義を行う。この講義を通じて、暗黒物質と素粒子標準模型を超える物理の繋がりを理解することを目的とする。
Observations of galaxy rotation curves, gravitational lensing effects, and cosmic microwave background radiation indicate the existence of dark matter, which accounts for about 27% of the total mass-energy of the universe. Furthermore, cold dark matter plays an important role in the structure formation of the universe and is an indispensable component of the Standard Cosmology. On the other hand, dark matter candidates are not included in the Standard Model in particle physics, which suggests physics beyond the Standard Model.
In this lecture, we discuss dark matter in particle physics. So far various dark matter models have been proposed, and in this lecture, we review their characteristics, theoretical motivations, and problems. Experimental search methods for major dark matter candidates will also be discussed. Through this lecture, the aim is to understand the connection between dark matter and physics beyond the Standard Model of elementary particles.