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クォークのフレーバー物理は、素粒子標準模型の確立に大きく貢献し、理論と実験が互いに影響を与え合う形で発展してきた分野である。しかし、標準的な場の理論の講義ではあまり深く取り扱われていない傾向にある。本講義ではそのギャップを解消し、フレーバー物理についての理解を深めることを目標とする。具体的には、標準模型において重要な役割を果たす小林益川機構に関する議論を行ない、その後、中間子の振動と崩壊に関する物理を解説する。さらに、重要な概念であるCP非対称性を表す観測量の分類を解説する。次に、フレーバー物理の計算に用いる有効場の理論を紹介する。講義の後半では、K中間子とB中間子の物理、レプトン普遍性の破れとBアノマリーといった具体的なトピックを通じて、これまでに学んだ内容の理解を深める。
The quark flavor physics has remarkably contributed to
establishing the Standard Model of particle physics and evolved through
the dynamic interplay between theory and experiment. However, flavor
physics tends to be less thoroughly covered in standard lectures on the
field theory. This course aims to bridge the gap and deepen
understanding of the phenomenology of flavor physics. Specifically, the
Kobayashi-Maskawa mechanism and its crucial role within the Standard
Model will be discussed in the introduction. Then, I will explain the
meson oscillations and decays. Additionally, the observables indicating
CP asymmetry will be classified. The course will also introduce the
effective field theory used in calculations of flavor physics. In the
latter half, concrete topics such as the physics of K and B meson
decays, lepton flavor universality violation, and the B anomaly aim to
deepen the understanding of the concepts learned in the former part.
クォークのフレーバー物理は、素粒子標準模型の確立に大きく貢献し、理論と実験が互いに影響を与え合う形で発展してきた分野である。しかし、標準的な場の理論の講義ではあまり深く取り扱われていない傾向にある。本講義ではそのギャップを解消し、フレーバー物理についての理解を深めることを目標とする。具体的には、標準模型において重要な役割を果たす小林益川機構に関する議論を行ない、その後、中間子の振動と崩壊に関する物理を解説する。さらに、重要な概念であるCP非対称性を表す観測量の分類を解説する。次に、フレーバー物理の計算に用いる有効場の理論を紹介する。講義の後半では、K中間子とB中間子の物理、レプトン普遍性の破れとBアノマリーといった具体的なトピックを通じて、これまでに学んだ内容の理解を深める。
The quark flavor physics has remarkably contributed to
establishing the Standard Model of particle physics and evolved through
the dynamic interplay between theory and experiment. However, flavor
physics tends to be less thoroughly covered in standard lectures on the
field theory. This course aims to bridge the gap and deepen
understanding of the phenomenology of flavor physics. Specifically, the
Kobayashi-Maskawa mechanism and its crucial role within the Standard
Model will be discussed in the introduction. Then, I will explain the
meson oscillations and decays. Additionally, the observables indicating
CP asymmetry will be classified. The course will also introduce the
effective field theory used in calculations of flavor physics. In the
latter half, concrete topics such as the physics of K and B meson
decays, lepton flavor universality violation, and the B anomaly aim to
deepen the understanding of the concepts learned in the former part.
現在知られている限り、最もミクロな世界の物理を正しく記述するのが素粒子標準理論である。素粒子標準理論は場の量子論の一種であり、ゲージ対称性とそれに伴うゲージ相互作用（電磁相互作用、弱い相互作用、強い相互作用）が本質的な役割を果たす。本講義では素粒子標準理論を理解することを目標とする。時間があればその拡張についても触れる。
The most microscopic theory that correctly describes the real world is the so-called Standard Model. The Standard Model is a class of quantum field theory, and gauge interactions (electromagnetic interaction, weak interaction, strong interaction) play important roles. I will review the basics of the Standard Model and its possible extensions.
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.
ハドロン物理の基礎から最近の話題について紹介する。ハドロンの諸性質の基礎は量子色力学だが、その困難な性質のため、クォーク模型、カイラル対称性などのアイデアが考案されてきた。この講義ではその基礎を解説したのちに、実験データとの比較に必要となる量子力学の散乱理論を解説する。束縛状態、共鳴状態など物理学の様々な分野に共通する普遍的な概念である。これらの紹介のちに、最近の話題であるエキゾチックハドロンの最新の進展を紹介する。
This lecture will introduce the basics and recent topics of hadron physics. The basis of hadron properties is quantum chromodynamics, but due to its difficult nature, ideas such as the quark model and chiral symmetry have been invented. In this lecture, the fundamentals will be explained for the study of hadrons. As a tool that connects theory and experiments, the scattering theory of quantum mechanics will be explained. Bound states, resonance states, etc. are universal concepts common to various fields of physics. These will be followed by an introduction to the latest developments in exotic hadrons.
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.
ハドロン物理の基礎から最近の話題について紹介する。ハドロンの諸性質の基礎は量子色力学だが、その困難な性質のため、クォーク模型、カイラル対称性などのアイデアが考案されてきた。この講義ではその基礎を解説したのちに、実験データとの比較に必要となる量子力学の散乱理論を解説する。束縛状態、共鳴状態など物理学の様々な分野に共通する普遍的な概念である。これらの紹介のちに、最近の話題であるエキゾチックハドロンの最新の進展を紹介する。
This lecture will introduce the basics and recent topics of hadron physics. The basis of hadron properties is quantum chromodynamics, but due to its difficult nature, ideas such as the quark model and chiral symmetry have been invented. In this lecture, the fundamentals will be explained for the study of hadrons. As a tool that connects theory and experiments, the scattering theory of quantum mechanics will be explained. Bound states, resonance states, etc. are universal concepts common to various fields of physics. These will be followed by an introduction to the latest developments in exotic hadrons.
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.
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.