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現在位置: ホーム ja シラバス(2020年度) 理学部 物理学教室 物理科学課題研究P2 物理科学課題研究P2

物理科学課題研究P2 物理科学課題研究P2

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科目ナンバリング
  • U-SCI00 45201 GJ57
開講年度・開講期 2020・通年
単位数 12 単位
授業形態 卒業研究
配当学年 4回生以上
対象学生 学部生
使用言語 日本語
教員
  • 畑 浩之(理学研究科 教授)
  • 吉岡 興一(理学研究科 准教授)
  • 中家 剛(理学研究科 教授)
  • 隅田 土詞(理学研究科 助教)
授業の概要・目的 自然における相互作用Ⅱ
ゼミナールや実験を通して,素粒子物理学の根底にある理論(量子色力学や電弱統一理論)の基礎を学ぶと共に自然に対する認識を深める。
到達目標 現代素粒子物理学を実験および理論の双方から学ぶ。実験においては、基本的な実験技術を習得し,その積み重ねにより自然の本質に迫る実験結果を得ることを目標とする。理論においては、相対論的場の量子論の基礎、さらには、電弱強相互作用の標準模型を理解することを目標とする。
授業計画と内容 現代素粒子物理学に基づく物質観によれば,自然界の全ての物質はクォークやレプトンと呼ばれる基本粒子から成立し,これらの粒子間の力は光子,グルーオン,ウィークボソン等のゲージ粒子によって媒介されると考えられている。この課題研究ではゼミナールや実験を通して,素粒子物理学の根底にある理論(量子色力学や電弱統一理論)の基礎を学ぶと共に自然に対する認識を深める。
理論ゼミナールでは,「相対論的場の量子論」の適当な教科書の輪読を行い,素粒子の標準模型の理解を目指す。
また,実験においては,素粒子の基本的性質(質量,寿命,崩壊様式,スピン,内部パリティ 等)の測定や,相互作用の基本的対称性(パリティ,荷電交換,時間反転等)とその破れの検証を目指す。基本的な実験技術の習得を重視し,その積み重ねにより自然の本質に迫る実験結果を得ることを期する。

理論ゼミナールの具体的内容は使用する教科書にも依るが、典型的には以下の通りである。
第1,2回 場の量子化:一般論
第3,4回 自由スカラー場の理論
第5~7回 自由Dirac場の理論
第8~10回 自由電磁場の理論
第11~13回 S行列の摂動展開
第14~16回 QEDのFeynman則とFeynman図
第17~19回 QEDのTree振幅計算
第20~22回 QEDにおける輻射補正と繰込み
第23,24回 Yang-Mills理論
第25,26回 経路積分
第27,28回 QCD
第29,30回 弱い相互作用と標準模型

実験の具体的内容
前期は実験の基礎の座学とその応用実験を行う。
後期は、例年各自が測定したいテーマについてアイデアを出し、
いくつかに絞った上で班に分かれて実験を行う。

テーマの例としては以下のようなものがある:

ニュートリノ反応断面積の測定
電波測定による暗黒光子探索
中性子に働く重力の測定
ミューオニウム生成の観測
ミューオン磁気能率の測定
ミューオン崩壊のミシェルパラメータの測定
霧箱による陽電子の測定
弱い相互作用でのパリティの非保存の検証
ニュートリノへリシティの測定
EPRパラドックスの検証
ポジトロニウムの量子振動の観測
宇宙線の粒子識別
比例計数管による放射線の測定

第1,2回 放射線
第3回 荷電粒子と物質の相互作用
第4回 ガンマ線と物質の相互作用 
第5回 放射線検出器
第6,7回 LEDとPMT/MPPCを用いた光子の観測
第8,9回 シンチレータとPMT/MPPCを用いた放射線の観測
第10-15回 応用(単一光子の干渉、ガンマ線測定のエネルギー分解能決定、チェレンコフ光の観測など)
第16-19回 後期研究課題の検討及び議論
第19-29回 後期研究課題の遂行
第30回  研究成果発表
履修要件 電磁気学や量子力学の基礎を学んでおくこと。特殊相対論も既習であることが望ましい。
授業外学習(予習・復習)等 各自の自主性に任せる。
教科書
  • 輪講に用いる教科書は,初回に担当教員が提案する。
参考書等
  • ゼミ等の中で適宜示す。