素粒子現象論特論1

Advanced Course in Particle Physics Phenomenology 1

991CR03

12PHEPN503

鈴木　克彦

Suzuki, Katsuhiko

2024年度前期

2024, First semester

火曜3限

Tuesday, 3rd period

理学研究科　物理学専攻

Department of Physics, Graduate School of Science

1.0単位

講義

Lecture

英語　English

① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

今日の素粒子理論の基礎を成すのは標準模型である。その成り立つについてて、弱い相互作用の歴史的な発展から出発して概観する。また、Goldstoneの定理やHiggs機構を場の理論を用いて記述する。その上で、標準模型の基礎となるLagrangianを導出し、それが与える物理現象について解説する。

この科目は本専攻のカリキュラムポリシー１（１）に該当する科目である。

The basis of modern elementary particle theory is built on the Standard Model. We will see how this works, starting from the historical development of weak interactions. Goldstone's theorem and Higgs mechanism are described based on the quantum field theory. We also construct
the SM Lagrangian, which explain phenomenology of the particle physics.

This subject corresponds to the curriculum policy 1 (1) of this major.

相対論的場の理論を基盤に、弱い相互作用、カレント代数、自発的対称性の破れ、Higgs機構などを理解する。また、それらのを統合して、標準模型の構成を理解する。


Understand weak interactions, current algebra, spontaneous symmetry breaking, Higgs mechanism, etc. based on relativistic field theory. In addition, understand the structure of the standard model by integrating them.

・弱い相互作用の発見の経緯や、その現象論の歴史的発展について理解する。
・カレント代数の計算が出来る。
・自発的対称性破れ、Goldstoneの定理の意味、証明を説明できる。
・ゲージ場とHiggs機構について理解すること。
・標準模型の郡構造と量子異常の相殺について説明できる。

・ Understand the background of the discovery of weak interactions and the historical development of their phenomenology.
・ Can calculate the current algebra.
・ Explain meaning of the spontaneous symmetry breaking and proof of the Goldstone's theorem.
・ Understand the Higgs mechanism.
・ Explain the group structure of the Standard Model and the cancellation of quantum axial anomalies.

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

場の理論、相対論的量子力学の基礎を学んでいること。特に、Dirac方程式なの扱いに習熟していること。

Have already learned basic of the field theory and relativistic quantum mechanics. In particular, skill to deal with the Dirac equation is required.

小テストの実施　Quiz type test

-

参考書を一つ選び、該当箇所について事前に読んでくること。

Select one of the reference books and read the relevant section in advance.

対面授業時での課題を50%、授業後の課題について50%として評価を行う。
合計で６０％以上を合格とする。

Assign excthe report task three times, and evaluate them as 50% of the entire evaluation.
Assign the report task three times, and evaluate them as 50% of the entire evaluation.
60 points or more in the total evaluation is considered to be acceptable.

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

N

letusから授業資料をプリントを持参すること

download class materials from LETUS

教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

L. Ryder, Quantum Field Theory (2nd.ed), Chap8
Cheng, Li, Gauge Theory of Elementary Particles
H. Georgi, Weak Interaction

1 弱い相互作用の歴史的発展
・弱い力の性質を理解する。
・flavor混合について理解する。
・荷電カレント、中性カレント相互作用を用いて弱崩壊過程を計算できる。

2 パリティと弱い相互作用
・パリティの定義とその保存則を理解する。
・弱い相互作用におけるパリティの破れについて説明できる

3 対称性と代数
・対称性を持つ場の代数を理解する。
・交換関係を計算し、保存量を説明できる。


4 対称性の自発的破れ１
・かんたんなモデルを用いて自発的破れの機構を説明できる。

５ 対称性の自発的破れ２
・Goldstoneの定理を理解し、NGボソンの数を計算できる。

６ Higgs機構
・ゲージ場が導入された場合の自発的対称性破れを簡単なモデルを用いて説明できる。

７ 標準模型１
・弱い力をゲージ理論として扱う場合の問題点を理解する。
・カレント代数の観点から標準模型のゲージ群の構造を理解する。
８ 標準模型２
・標準模型のLagrangianの構成を説明することが出来る。



1 Historical development of weak interaction 1
・ Understand the nature of weak forces.
・ Understand the origin of flavor mixing.
・ can calculate weak decay transition amplitudes using charged current and neutral current interactions.

2 2 Parity and weak interaction
・understand the parity and its conservation
・understand the parity violation in the weak interaction

3 Symmetry and algebra
・ Understand the algebra of field commutators with symmetry.
・ Calculate commutation relations and understand conserved quantities of the theory


4 Spontaneous symmetry breaking 1
・ Explain the mechanism of spontaneous symmetry breaking using a simple model.

5 Spontaneous symmetry breaking 2
・ Understand Goldstone's theorem and calculate the number of NG bosons.

6 Higgs mechanism
・ can describe the spontaneous symmetry breaking with the gauge field using a simple model.

7 Standard model 1
・ Understand problems when we treat the weak interaction as the gauge theory.
・ Understand the structure of gauges of the standard model from the viewpoint of current algebra.

8 Standard model 2
・ can explain the structure of the standard model Lagrangian.

-

-

-

Y

N