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量子色力学（QCD)の基礎を確認し、QCDの観点からハドロンのスペクトルや構造を議論する。
次にハドロンを熱することで作られる高温QCD密度、
あるいは原子核を圧縮することで生成される高密度QCDの物理について概観する。
極限状況下におけるQCD物質は、
宇宙初期のクォーク・グルーオン・プラズマや、
中性子星の物理に現れ、
理論・実験・観測のあらゆる方向から調べられている。
講義の前半のQCDの基礎については、
重要な概念である漸近的自由性、カイラル対称性の自発的破れと南部・ゴールドストンボソンの力学、
そしてクォークの閉じ込めについて議論する。
後半は高温・高密度領域のQCD物性について議論するが、
履修者の反応を見ながらトピックを適宜選択する予定である。
修士１年目の学生を主な聴講者として念頭に置いているので、
あまり込み入った計算や技術的側面には立ち入らず、
物理的・現象論的に重要な概念を明らかにすることに時間を使う。
ただ理論の構造を理解するうえで必要となる計算については、
具体的計算例を紹介する。
In this lecture we begin with reviewing the basic concepts of quantum chromodynamics (QCD), and discuss the physics (spectra and structure) of hadrons from microscopic perspectives. Then we discuss QCD in extreme conditions, such as hot QCD matter created by heating hadrons, and dense QCD matter made of highly compressed nuclei. The extreme matters in QCD are intensively studied by the interplay of theories, experiments, and observations.
In the first half of the lectures we review important concepts of QCD; asymptotic freedom, spontaneous chiral symmetry breaking and the dynamics of the Nambu-Goldstone boson, and quark confinement. In the latter half, we discuss the hot and dense QCD.
The topics will be chosen after checking the preference of the audiences.
The main target is the freshman of the master course.
This course will not treat detailed and technical calculations;
we instead spend time to focus on the physical and phenomenological aspects of QCD.
But if some calculations are crucial to understand the structure of the theory,
some typical calculations will be explicitly performed.
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.
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.
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).
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.
固体電子論(結晶構造、フォノン、自由電子、バンド構造など)の基礎を復習し、金属・半導体・超伝導体における電子論や、光電子分光などの電子状態を観測する実験手法について学習する。さらに、凝縮系物理学における最近のトピックスである、トポロジカル絶縁体、高温超伝導体、原子層物質などにおいて発現する様々な特異物性と、その背後にある電子構造との関連について理解する。
We revisit the basics of condensed-matter physics such as crystal structure, free electrons, and energy band structure, and learn electron dynamics of metals, semiconductors, and superconductors. We also study basic principle of key experimental techniques to prove electronic structure, such as photoelectron spectroscopy. Unusual physical properties of topological insulator, high-temperature superconductor, and atomic-layer materials, and their relationship with underlying electronic states will be introduced.
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.
恒星は宇宙の基本的な構成要素であり、宇宙の様々な天体・天体現象を理解するためには、恒星の性質を理解することが必要となる。本講義では、これまで学んだ力学、電磁気学、熱・統計力学、量子力学、原子核物理学、相対論など様々な物理の知識を総合的に用いて、恒星の性質や恒星の進化の基礎を学ぶ。
Stars are fundamental ingredients in the Universe. Thus, to understand various objects and phenomena in the Universe, one must know the basic properties of stars. In this lecture, students lean the basic of stellar properties and stellar evolution by applying dynamics, electromagnetism, thermodynamics, statistical mechanics, quantum mechanics, nuclear physics, relativity, and so on.