素粒子論

Elementary Particle Physics

992211G

22PHEPN401

溝口　俊弥

Shun’ya Mizoguchi

2026年度後期

2026年度

②Second semester

木曜6限

Thursday, 6th period (18:10-19:40)

理学部第二部　物理学科

Department of Physics, Faculty of Science Division Ⅱ

2.0単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

素粒子とは、内部構造もたない最小の基本粒子（クォーク／レプトン）と物質間の力を媒介する基本粒子（ゲージボゾン）、それにヒッグズ粒子を加えた一群の基本粒子のことです。

素粒子論の学習は、素粒子の「標準模型(standard model)」自体の理論的構造の理解に加えて「場の量子論」の技術の習得が両輪となっていますが、昨年度は時間の制約のため前者の説明だけをしました。が、場の量子化もやってほしいという声がかなりあったので、今年度は場の量子論についても説明しようと思います。

以下、去年のシラバスそのままですが、まだ授業開始まで時間があるので随時変更していきたいと思います。

標準模型はさまざまな実験事実を正確に説明し、標準模型と明らかに不整合な実験事実はこれまで観測されていません。標準模型はいくつかの基本原理に基づいてつくられた（ある意味で）きれいな理論ですが、その理論的構造はもっときれいで大きな理論的枠組みー大統一理論(GUT)や超弦理論ーの存在を示唆します。また宇宙論まで含めると、標準模型には不十分な点もあることがわかっています。この講義では、現代の素粒子理論の一丁目一番地である標準模型の概要を理解することを目的とします。

素粒子理論の標準模型の概要を理解することが目標です。また、標準模型が基づいているいくつかの基本原理ーゲージ原理、対称性の自発的破れなどーについて理解することも目標とします。

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/​​​

山の上の絶景を見ながら絶品レストランで食べる料理のすばらしさは、実際に山に登って食べてみなければわかりません。同様に、理論の素晴らしさは、実際にその理論的内容を理解してはじめて得られるものです。Chat GPTに聞いてみても、ブルーバックスを読んでも、本当の感動は得られません。忘れていそうなことは補いながら授業を進めていきますので、ぜひ自分で標準模型を理解して味わってみてください！

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授業後はノートを見て復習してください。

定期試験および適宜行うレポート課題によって評価します。

・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

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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://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

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

授業のすべてのトピックスを網羅する本はありません。この授業を聴いて興味を持ったことがあったら、関連する参考書を教えますので聞きにきてください。

＊以下は予定であり、授業の進行具合に応じて適宜変更することがあります。

第1回 特殊相対性理論
ローレンツ変換および相対論的不変量にもとづいて展開される相対論的運動学および自然単位系について解説する。

第2回 相対論的量子力学（１）　Klein-Gordon方程式とDirac方程式、反粒子解
シュレディンガー方程式の相対論的拡張であるKlein-Gordon方程式およびDirac方程式について解説する。

第3回 相対論的量子力学（２）　Dirac方程式の非相対論的極限、異常磁気能率
Dirac方程式の非相対論的極限の形を調べ、異常磁気能率について解説する。

第4回 場の解析力学（場の運動方程式とラグランジアン）
質点の解析力学を復習し、質点を場に拡張した場合の違いと運動方程式について解説する。またそれぞれの場のラグランジアンについて解説する。

第5回 自由場のラグランジアン
自由場のラグランジアンが持つ対称性（大域的位相変換および局所位相変換）について解説する。

第6回 ゲージ原理と相互作用
局所位相変換の下で不変なラグランジアンの構築と電子と電磁場の相互作用について解説する。

第7回 リー代数入門
電磁相互作用の記述を弱い相互作用や強い相互作用の記述に拡張する準備としてリー代数に関する基本事項について解説する。

第8回 非可換ゲージ理論と弱い相互作用および強い相互作用
SU(2)やSU(3)のような、可換でないリー代数のゲージ対称性について解説する。

第9回 対称性の自発的破れとヒッグズ機構
対称性の自発的破れとヒッグズ機構について解説する。

第10回 電弱相互作用の統一（グラショウ・ワインバーグ・サラム模型）
電弱相互作用の統一（グラショウ・ワインバーグ・サラム模型）について解説する。

第11回 量子電磁力学入門（１）
電磁相互作用を記述する古典的な理論を量子化し、摂動論にもとづくループ計算について解説する。

第12回 量子電磁力学入門（２）
量子電磁力学のループ計算における発散とそのくりこみ(renormalization)について解説する。

第13回 大統一理論入門
標準模型の３つの相互作用を統一する大統一理論について簡単に紹介する。

第14回 超弦理論入門
電弱および強い相互作用に加えて重力をも統一する超弦理論から標準模型を導く試みについて、そのエッセンスを紹介する。

第15回 到達度の評価と解説

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なし

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