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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).
２セメ自然科学総合実験（実験への導入）、４セメ物理学実験I（物理学基礎実験）、５セメ物理学実験Ⅱ（もう少し深い立場からの基礎実験）に続き、本実験授業では、今までの実験の知識と技術をもとに研究への導入となる実験を行う。物理学における実験の役割を学ぶ。
Based on basic knowledge of physics, students experience introductory experiments of leading researches and deepen understanding of importance of experiments in modern physics.
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.
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.
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.
宇宙・素粒子・原子核実験で必要不可欠な放射線計測に関する理論、検出器、統計処理の方法、実験データの取り扱いについて学習する。
Students learn about the theory, detectors, statistical methods and handling of experimental data related to radiation measurements in astro, particle, and nuclear experiments.
本講義ではハドロン物理に関する基本的な事項を原著論文を参考にして広く解説、理解することを目的とする。特にどのように現象、粒子などが発見、理解されてきたのかについて理解する。講義の後半ではハドロン物理の最新研究課題等を紹介し、ハドロン物理学の将来について議論する。
This lecture aims to widely explain and understand hadron physics's fundamental concepts regarding the original paper. In particular, understand how hadrons have been discovered and understood experimentally. In the last part of the lecture, I will introduce recent development in hadron physics. Moreover, future prospects for hadron physics will be discussed.
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.
特殊相対性理論は、運動の相対性と光速不変性から導かれる、きわめて基本的な時空と運動の性質を体系化したものであり、電磁気学はもとより、場の量子論に代表される現代物理学は、特殊相対論の枠組みの上に構成されている。さらに、高速の運動や高いエネルギーの現象を扱う素粒子・原子核物理や宇宙・天体物理などは、特殊相対論なしに記述することはできない。一方、GPSに相対論的補正が搭載されているように、今では身近な技術にも使われている。本授業では、特殊相対性理論の成り立ちとローレンツ変換の性質を学び、相対論的力学を習得してもらう。また、電磁気学にローレンツ共変性が内包されていることを理解し、電磁気学のより深い理解と電気力学の習得につなげるとともに、相対論的量子力学や一般相対論を学ぶための基礎を身につける。さらに、実際にさまざまな特殊相対論を用いた問題を解けるようにする。本授業は天文学コース以外では必修でないものの、すべての物理系学科の学生が履修しておくべきであろう。
Special relativity organizes the most basic properties of specetime and motions derived from the principle of relativity and the invariance of the speed of light. Electromagnetism and other modern physics such as quantum field theory are constructed on the framework of special relativity. In addition, particle/nuclear physics, astrophysics and cosmology which treat extremely fast and/or energetic phenomena cannot be described without special relativity. On the other hand, as the GPS system contains relativistic correction, special relativity is also applied to technologies for our daily life. In this lecture you will learn the origin of special relativity, the properties of Lorentz transformation, and relativistic mechanics. You will also understand that Lorentz covariance is incorporated in electromagnetism, which helps you reach deeper understanding of electromagnetism and electrodynamics as well as allows you to learn relativistic quantum mechanics and general relativity. You will also be able to solve various problems with special relativity. Although this class is not a required subject for all but the astronomy course, it should be taken by all students in all the physics departments.