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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.
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).
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.
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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.
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.
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.
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.
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することによって，我々の世界を理解しようとする学問である．本授業では、素粒子物理の考え方，素粒子物理学において重要な実験事実について解説し，素粒子物理の基礎を学習することを目的とする．
(この授業は，日本語を母国語と『しない』人のための授業です．）
The science of particle physics is to understand our world by studying particles which constitute the Universe and their interactions.
The purpose of this class is to explain the basic concept of the particle physics and important experimental facts, and to learn the basics of the particle physics.