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物理の地図~最小単位;素粒子論~

2014.12.26.Fri.00:34

最後に素粒子物理学の世界へご案内しよう。
物性や宇宙論と同じように、根幹物理を武器として素粒子や原子核・ハドロンを扱う分野だ。


さて、現在の素粒子物理学は、あるモデルを基礎においている。

■標準模型(標準理論、Standard model)

それは標準模型と呼ばれ、重力以外の電磁気力、強い力、弱い力を統一的に記述する。
諸君がここへ足を踏み入れるには、標準模型を構成するいくつかの理論、モデルを順次学んでいくことになる。

そして、それらは単体でさえ非常におもしろい物理を広く展開しているのだ。
たとえば、強い力を扱うQuantum Chromodynamics(量子色力学、QCD)は、これ自体で広く研究されている。


この標準模型をもとに、現実世界はどのように構成されているのだろうか?

■原子核・ハドロン物理学

ここでは、上記の標準模型、またはそれを構成する各理論に基づき、主に場の量子論を道具として、原子核の構造や高エネルギー実験で起こる現象などを扱う。


そして、、、

多くの人が聞いたことくらいはあるのではないだろうか。
現在、最もミクロな物理を記述すると提唱されている理論。

■超弦理論

我々の世界を構成する最小単位は、実は点ではなくヒモなのだという理論である。
そして、ここでは重力をも含み四つの力を統一的に記述できる。

諸君がここへ踏み込むには、基礎物理の根幹をなす4本の柱をマスターし、場の量子論と相対論を携える必要がある。
そして、さらにあともう二つ(もしくは三つ)の武器が必要になるのだ。

それは、■共形場理論(Conformal Field Thory)と■超対称性(Supersymmetry,SUSY)理論だ。

CFTは、共形不変性と呼ばれる対称性を持った場の理論である。
簡単にいえばぐにゃぐにゃ曲げても理論が変わらないのだ。

SUSYは、ボソンとフェルミオン(という粒子の種類)の間に、ある対称性を課した理論だ。
超弦理論(Super String Theory)の“超(Super)”は、超対称性の“超”なのだ。

そして、各理論を理解するために多くの数学が必要になってくる(三つ目)。


さて、教科書を紹介したいところだが、未だ自分もこの領域には到達できていない。
したがって、一応紹介はしてみるものの当てにはしないでほしい。
(もし、諸君がここまで来れたならば自ら教科書を探す術を身につけているはずだ。)

たとえば、素粒子理論であれば、
素粒子物理学の基礎〈1〉 (長島)
素粒子物理学の基礎〈2〉 (長島)

素粒子標準模型入門 (Cottingham=Greenwood)
素粒子標準模型入門 (Cottingham=Greenwood)

原子核理論であれば、
素粒子・原子核物理入門 改訂新版 (Povh=Rith=Scholz)
などがあるようだ。

CFTについては、◆Conformal Field Theory  (Francesco=Mathieu=Senechal)
SUSYについては、◆超対称性と超重力 (Wess=Bagger)
が有名だ。

弦理論については、◆A First Course in String Theory (Zwiebach)が導入を与えてくれる。

String Theory, Vol1 (Polchinski)
String Theory, Vol. 2 (Polchinski)
がたいへん有名だが難解であると聞く。

また、
String Theory and M-Theory: A Modern Introduction (Becker=Becker=Schwarz)

Superstring Theory, Vol1 (Green=Schwarz=Witten)
Superstring Theory, Vol1 (Green=Schwarz=Witten)
なども有名だ。


以上で、だいたいの物理がどのような位置にあるのかを説明したつもりだ。
上記のように根幹から先端、基礎から応用まで物理の世界は広大である。

諸君が非常に興味深いこの世界への旅を楽しんでくれることを祈っている。
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