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物理学の世界で重要なことは、ミクロの世界の 様々な少数粒子系（特に、3体系・４体系）の運動方程式を、精密に解いて 研究することであり、これにより、物理的な知見を深め、新しい発見や予言に至ることが しばしばある。そのためには、「量子力学の基礎方程式（シュレーディンガー方程式）を、3体問題・4体問題に対して、 精密に解く、適用範囲の広い計算方法」 の開発が不可欠である。特に原子核物理学では、核子間には強い力が働くために、その解き方の開発は容易ではない。ここで、原子核の基本的なことを学びつつ、原子核の研究に使用される計算法についても紹介していく。
In physics, it is important to precisely solve and study the equations of motion of various small systems of particles (especially three- and four-body systems) in the microscopic world, which often leads to new discoveries and predictions. For this purpose, it is essential to develop "a calculation method with a wide range of applications that precisely solves the fundamental equations of quantum mechanics (Schrödinger equation) for three-body and four-body problems. Especially in nuclear physics, it is not easy to develop such a method because of the strong forces between nucleons. in this lecture, we learn fundamental subjects in nuclear physics and I introduce the computational methods for nuclear physics.
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).
現在の宇宙は、ビッグバンの後にクォークが核子や原子核などの物質を形作ったことで進化しました。その歴史をクォークに働く強い力に基づいて解き明かし、核子、原子核、そして中性子星までを統一的に記述することが原子核物理の大きなテーマです。クォーク多体系であるハドロンや核子多体系である原子核という異なる階層が作られることで現在の物質が作られてきました。それぞれの階層の中心となる粒子の性質とその間に働く力に注目しながら、この物質の進化の歴史を強い相互作用をする粒子の進化の歴史として考えていきたい。本講義では、このような観点から、現代の原子核物理の概要とその面白さを最近の研究動向も交えて解説する。
The current universe evolved as quarks formed matter such as nucleons and atomic nuclei after the Big Bang. A major theme of nuclear physics is to elucidate this history based on the strong forces acting on quarks and to describe nucleons, atomic nuclei, and even neutron stars in a unified manner. The current matter has been created by forming different hierarchies: hadrons, which are many-body systems of quarks, and atomic nuclei, which are many-body systems of nucleons. I would like to consider the history of the evolution of matter as the history of the evolution of particles interacting with strong interaction, paying attention to the properties of the particles that form the center of each hierarchy and the forces that act between them. From this perspective, this lecture will provide an overview of modern nuclear physics and what makes it interesting, along with recent research trends.
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、原子核、宇宙、物質などありとあらゆるスケールに及ぶ現代物理学を理解するためには、量子力学の考え方が必要不可欠である。この講義では量子力学の基本法則を必要な数学とともに導入し、基本的な物理系の取り扱いについて詳しく説明する。
Quantum mechanics is the fundamental theory of nature. The main purpose of this course is to introduce the fundamental ideas of quantum mechanics with necessary mathematical tools for dealing with the behavior of matter and its interactions with energy on the scale of atoms and subatomic particles.
本講義のためのGoogle Classroomのクラスコードは「fqnjjaj」である。
講義に関する各種連絡は当該Classroomを通じて行うので、受講者は忘れずに登録のこと。
本講義では、原子核の性質、原子核の構造、原子核の崩壊、放射線と物質との相互作用を理解するために必要な原子核物理学の基礎を学び、その応用として放射線検出器、粒子加速器、原子力及び核融合の基礎知識を得る。
In this class, students will learn about the introductory nuclear physics to understand nuclear properties, nuclear structure, nuclear decay and interaction of radiation with matter, and achieve the basic knowledge of radiation detectors and particle accelerators, and nuclear power generation (nuclear fission and fusion) as applications of nuclear physics.
本講義では、原子核の性質、原子核の構造、原子核の崩壊、放射線と物質との相互作用を理解するために必要な原子核物理学の基礎を学び、その応用として放射線検出器、粒子加速器、原子力及び核融合の基礎知識を得る。
In this class, students will learn about the introductory nuclear physics to understand nuclear properties, nuclear structure, nuclear decay and interaction of radiation with matter, and achieve the basic knowledge of radiation detectors and particle accelerators, and nuclear power generation (nuclear fission and fusion) as applications of nuclear physics.
本講義では、原子核の性質、原子核の構造、原子核の崩壊、放射線と物質との相互作用を理解するために必要な原子核物理学の基礎を学び、その応用として放射線検出器、粒子加速器、原子力及び核融合の基礎知識を得る。
In this class, students will learn about the introductory nuclear physics to understand nuclear properties, nuclear structure, nuclear decay and interaction of radiation with matter, and achieve the basic knowledge of radiation detectors and particle accelerators, and nuclear power generation (nuclear fission and fusion) as applications of nuclear physics.
この講義では、素粒子標準模型を超える物理法則の必要性と、未知の素粒子物理現象の研究を通して素粒子標準理論がどのように拡張されるべきであるか、特にフレーバー物理の観点から概観します。その一例として、ミューオンに焦点を当て、異常磁気能率（g-2）および電気双極子能率（EDM）の精密計算と精密測定、荷電レプトン数非保存過程の破れの探索などについて基礎的な解説します。最後に、ミューオンを用いた素粒子実験の将来、またその技術の様々な分野への応用可能性について解説します。
This lecture contains an overview of the need for physical laws that go beyond the standard model of particle physics and how the standard model should be extended through research on new particle physics phenomena, especially from the perspective of flavor physics. As an example, the lecture focuses on muons, and provides basic explanations on precise calculations and measurements of anomalous magnetic moment (g-2) and electric dipole moment (EDM), and the search for violation of charged lepton flavor. Finally, the future prospect of particle experiments using muons and the potential applications of this technology to various fields are discussed.
有限量子多体系である原子核は陽子と中性子で構成され、強い相互作用により様々な性質や構造が現れる。これらは原子核反応や崩壊の測定により実験的に解明されてきた。本講義では核子あたり数MeVから数百MeVのエネルギー領域における原子核反応・散乱実験について解説し、そこから明らかにされてきた原子核構造や集団運動状態について、最近のトピックスを織り交ぜて紹介する。
The nucleus, which is a finite quantum many-body system, is composed of protons and neutrons and have various properties and structures due to the strong interaction. These have been elucidated experimentally by observing the nuclear reaction and decay. Students will learn knowledge and experimental techniques of nuclear reaction and scattering experiments in the energy region from several MeV to several hundred MeV per nucleon. The experimental studies of nuclear structure and collective motion including recent works are introduced.