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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.
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.
素粒子原子核物理学、及び物性物理学の深い理解に不可欠である場の量子論の基礎的事項を講義する。
正準量子化による場の量子化を行ない、超伝導現象の記述、相対論的場の量子化、ファインマン・ルールの導出などを扱う。
The lecture will deal with the fundamental aspects of quantum field theory, which are essential for a deep understanding of particle, nuclear, and condensed matter physics.
We will introduce quantum field theory using canonical quantization, by which subjects such as description of superconducting phenomena, quantization of relativistic fields, and derivation of Feynman rules will be discussed.
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.
弦理論はあらゆる素粒子とその相互作用を統一する究極の統一理論の候補と
考えられている理論であるが、1990年代後半に起こった弦理論の第二革命以来、
場の量子論との深淵な関係が様々な形で見出され、注目されている。
例えば、弦理論は、QCDに代表されるような強結合の場の量子論に対する
思いがけない解析法を提供するなど、場の量子論の性質を理解する上で
大変有用な枠組みを与える。また、ある状況において弦理論と場の量子論が
理論的に等価になることが予想されており、量子重力理論を場の量子論を用いて
定式化する試みもなされている。本講義の主な目的は、そうした発展を
理解する上で必要な基礎知識を学び、場の量子論と弦理論の双方への理解を
深めることにある。まず、弦の量子化の手続きの概要を紹介し、
タイプII超弦理論の低エネルギーにどのような粒子が現れるのかを説明する。
特に開弦の自由度を考えることにより、Dブレインと呼ばれる物体の上に
ゲージ理論が実現されることを見る。そして、いろいろな種類のDブレイン
を組み合わせることによって、様々なゲージ理論を弦理論の枠内に実現する
方法を解説する。そのような系に対して、弦理論において知られている双対性
を適用することによって、場の量子論に関する新たな知見が得られるという
ことをいくつかの具体例を用いながら議論する。
String theory is a candidate for the ultimate unified theory that
unifies all elementary particles and their interactions.
However, since the second revolution of string theory started
in the late 1990s, its profound relationship with quantum field
theory has been discovered in various ways and has attracted
much attention.
For example, string theory provides a very useful framework for
understanding the properties of quantum field theory, which leads
to some unorthodox analytical methods to analyze strongly coupled
quantum field theory such as QCD. Under certain circumstances,
quantum field theory is conjectured to be equivalent to string theory.
Based on this conjecture, attempts have been made to formulate quantum
gravity using quantum field theory.
The main purpose of this lecture is to provide students with the basic
knowledge necessary to understand such developments and to deepen
the understanding of both quantum field theory and string theory.
We start with an overview of string quantization procedures and
explain the low energy field contents in type II superstring theory.
In particular, by considering the open string degrees of freedom,
we will show that gauge theories can be realized on an object
called D-branes. We will then explain how to realize various gauge
theories within the framework of string theory by combining various
types of D-branes. Some new insights into the quantum field theory
gained by applying known dualities in string theory will be discussed.
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).
物質の究極的な基本構成要素である素粒子の性質や，それにはたらく相互作用を理解する．
これらを出発点に，物質像の統一的な理解や宇宙進化を解明する事ができる．
本講義では，実験・理論が密接に絡み合って進展してきた素粒子物理学を概説する．
授業では，現在の到達点・今後の課題について，実験的側面に重点を置いて説明する．
Understand the properties of elementary particles and their interactions, which are the ultimate basic constituents of matter.
Starting from these points, we reach understanding of the universe.
In this lecture, we will give an overview of elementary particle physics, which has developed through the close intertwining of experiments and theories.
In class, we will explain the current and future particle physics with emphasis on experimental aspects.