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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 素粒子物理学2 素粒子物理学2

素粒子物理学2 素粒子物理学2

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科目ナンバリング
  • U-SCI00 44203 LJ57
開講年度・開講期 2020・後期
単位数 2 単位
授業形態 講義
配当学年 4回生以上
対象学生 学部生
使用言語 日本語
曜時限 金2
教員
  • 福間 将文(理学研究科 准教授)
授業の概要・目的 「素粒子物理学1」に引き続き、素粒子(クォークとレプトン)の様々な性質と素粒子間に働く相互作用(電磁相互作用、弱い相互作用、強い相互作用)について講義する。とくに、これらの相互作用をゲージ理論として記述する「標準模型」について詳しく解説する。時間が許せば、超弦理論などの「標準理論を超えた理論」を探求する試みについても紹介する。
到達目標 標準模型を中心として、素粒子論の基礎について理解する。
授業計画と内容 次の内容について講義する:

1章 スカラー場とDirac場の量子化 [第1~4週]
 1.1 Klein-Gordon方程式とスカラー場の量子化
 1.2 Lorentz群の表現
 1.3 Dirac方程式とDirac場の量子化

2章 ゲージ理論 [第5~6週]
 2.1 電磁相互作用とabelianゲージ理論
 2.2 non-abelianゲージ理論とYang-Mills場

3章 対称性の自発的破れとHiggs機構 [第7~8週]
 3.1 大域的離散対称性の自発的破れ
 3.2 大域的連続対称性の自発的破れとNambu-Goldstoneボソン
 3.3 Higgs機構

4章 電弱統一理論 [第9~12週]
 4.1 Weinberg-Salam模型
 4.2 ゲージ‐Higgsセクター
 4.3 レプトンセクター
 4.4 クォークセクター
 4.5 CKM行列とCP対称性の破れ
 4.6 ニュートリノ質量と混合

5章 クォークと強い相互作用 [第13~14週]
 5.1 ハドロンとは
 5.2 量子色力学とクォークの閉じ込め

6章 標準理論を超えた理論へ [第15週]
 6.1 大統一理論
 6.2 量子重力理論と超弦理論
履修要件 電磁気学・量子力学の学部レベルの内容に加え、場の量子論の基礎事項を理解していることを前提とする。また、4回生前期開講の
・「量子力学特論2」(場の量子論の基礎)
・「素粒子物理学1」(素粒子物理学の基礎)
・「物理数学特論2」(Lie群・Lie代数の基礎)
を受講していることが望ましい。
授業外学習(予習・復習)等 授業後には毎回しっかり復習してもらいたい。また、各単元の終わりではレポートを出すので(だいたい2~3週間に1度のペース)、その際にその単元全体をもう一度復習してほしい。予習は特に必要ない。
参考書等
  • 素粒子標準模型入門, W.N. コッティンガム・D.A. グリーンウッド, (シュプリンガー・ジャパン), ISBN: ISBN:978-4621061954
  • クォークとレプトン, F. ハルツェン・A.D.マーチン, (培風館), ISBN: ISBN:978-4563021719
  • 物理学におけるリー代数 ―アイソスピンから統一理論へ, H.ジョージアイ, (吉岡書店), ISBN: ISBN:978-4842702308
  • Weak Interactions and Modern Particle Theory, H. Georgi, (Dover Publications), ISBN: ISBN:978-0486469041