ファインマン図を用いた反応断面積の計算やディラック方程式の導入などの素粒子物理の基礎を学ぶ。さらに、素粒子物理学の標準模型を一通り理解するために、QED、QCD、弱い相互作用、CPの破れ、電弱統一理論、ヒッグス機構を習得する。様々な素粒子実験の話題に触れながら、標準模型が構築されてきた歴史や将来について学ぶ。 Learn the basics of particle physics, such as calculation of cross sections using Feynman diagrams and introduction of the Dirac equation. Furthermore, in order to understand the standard model of particle physics, we will learn QED, QCD, weak interaction, CP violation, electroweak unification, and Higgs mechanism. Learn about the history and future of the construction of the standard model while touching on various topics of particle experiments.

近年のノーベル物理学賞の対象分野を中心に、まだ若く教科書にも載っていない分野から、ビッグサイエンス、地球温暖化に関わる分野等、幅広く全13回のオムニバス形式で物理学（物性物理、宇宙物理、素粒子物理、量子情報、生物物理など）を説明する。今年度は、2024年の受賞分野の重要性を考慮し、物理学賞受賞のAIと物理学研究へのAI応用という2つのレクチャーを企画した。本講義を通して、物性物理から南部博士が素粒子の対称性の破れを導き、逆に素粒子で考えられていたワイル粒子が物性物理で発見されるなど、各分野が相互に、そしてダイナミックに影響しあいながら発展していく姿を捉えてほしい。 アカデミアを超える広がりは、金融への応用*1はよく知られているところだが、最近では生成AIへの貢献も始まっている*2。気候変化*3/地球温暖化の対策やマネジメントを志す者には言うまでもなくその基礎は物理学である。また、情報技術のインフラは量子物理学から生まれた量子１.０（トランジスタ、レーザー、核磁気共鳴等）だが、近年は量子２.０と呼ばれる量子コンピュータ、量子センサ、量子通信等の研究開発に各国*4で莫大な投資がなされ、数百のスタートアップが起業され、大手企業も参入している。このように、物理学進学希望者、技術者や教職を目指す者はもちろん、国の政策担当を志す者の場合、諸外国の政策担当者は研究者出身であることも多く、カウンターパートとして渡り合うには物理学に対する一通りの理解が求められるだろう。 海外の大学ランキングで東大物理は一桁台*5と卓越しており、世界の学生・教育関係者にも知名度が高い。講師陣はその第一線で活躍する研究者で、駒場での交流を非常に楽しみにしており、研究はもちろん研究生活からキャリア形成まで積極的に質問を受け付ける。本講義を受講することで、物理学各分野の動向を俯瞰的にとらえることができるとともに、自身の将来のキャリアパス形成に参考となる情報を得ることができるためこのチャンスを逃さないでほしい。 *1: 高安美佐子,“経済に物理学は役立つか？”, 日本物理学会誌, 2016 年 71 巻 11 号 p. 732. *2: Steve Nadis, “The Physical Process That Powers a New Type of Generative AI”, Quanta Magazine, Sept 19, 2023. *3: 気候変化は学術用語、気候変動は行政用語。 *4: 我が国の戦略は、「量子技術イノベーション戦略」「量子未来社会ビジョン」「量子未来産業創出戦略」の3段階。https://www8.cao.go.jp/***** *5: 2024年でU.S.News：8位、Shanghai Ranking：6位、QS World University：9位

わたしたちの暮らしを陰に日向に支えるさまざまな凝縮系の物質群。これらの性質を量子論にもとづいて説明しようとする立場が物性物理学である。本講義は、とくに電子物性にスポットを当てた物性物理学の入門編であり、ここではその考え方の根本を学ぶ。基礎科学としての物性物理学から具体的な応用事例までを俯瞰することでさらなる深い理解（物性物理学IIほか）への橋渡しを試みる。

実験や観測の具体的な例を取り上げ、また適宜計算を行いながら、場の理論のコンセプトや素粒子の相互作用の基礎を学び、素粒子実験で取り扱う現象の理解に必要な概念の真髄を習得する。また、標準模型の確立に貢献した重要な実験や、標準模型を超える新たな物理を探索する実験・観測的アプローチについて、具体例をもとに学び、その目指すところを理解する。 Through specific examples of experiments and observations and by performing calculations, students will learn the concepts of field theory and the fundamentals of elementary particle interactions and acquire the essence of the concepts necessary for understanding the phenomena treated in elementary particle experiments. Students will also learn about important experiments that contributed to the establishment of the Standard Model, as well as experimental and observational approaches that search for new physics beyond the Standard Model, based on specific examples to understand their goals.

宇宙から飛来する宇宙線、ガンマ線、ニュートリノなどを観測し、宇宙における高エネルギー天体現象や、暗黒物質などの素粒子物理を研究する分野を宇宙素粒子物理学（Astroparticle Physics）と呼ぶ。この分野の歴史的な成果として、CP対称性を破るK中間子などの新粒子の発見、最高エネルギー宇宙線の発見、ガンマ線バーストやブレーザーなどのブラックホール起源ガンマ線の検出、ニュートリノ振動の発見などが挙げられる。近年の観測技術の向上により、複数の観測手段を組み合わせて議論するマルチメッセンジャー天文学の時代となり、著しい発展を見せている分野である。この講義では、宇宙における高エネルギー粒子の起源や、それらの物理的性質、観測原理について基礎的なところから学ぶことを目標とする。講義内容については以下の英語版を参照。大きく3つに分かれている。 Astroparticle physics is a research field that studies high-energy astronomical phenomena and particle physics including dark matter via observations of cosmic rays, gamma-rays, neutrinos and so on. Some of representative discoveries done in this field are new particles such as kaon, which shows CP violation, ultra-high-energy cosmic rays, gamma-rays from black holes like gamma-ray bursts and blazars, and neutrino oscillation. Recent progress in the detector technology leads us to the era of multi-messenger astronomy, which is astronomy via collaborative observations of different species of particles. So this research field has been greatly developed in this decade. The purpose of this lecture is learning basics of origins of high-energy particles, physical properties of particles, and detection technique. The contents are divided into three parts as follows. １．Origin of High-energy Particles High-energy particles are accelerated somewhere in the universe, and produce secondary particles via interacting with other particles. Sources and the production mechanisms of such particles are not yet revealed, so numerous models have been proposed. In this lecture, we learn Fermi acceleration at shock waves as a promising particle acceleration mechanism, cosmic ray propagation in the interstellar medium, and emission mechanisms of gamma-rays and neutrinos. We also learn high-energy astrophysical phenomena as particle production sites. ２．Neutrino Physics Neutrinos have long been assumed to be massless, and the Standard Model of particle physics, based on this assumption, has been established as the paradigm that explains the results of many experiments to a high degree of accuracy. In 1998, however, it was discovered that neutrinos have finite mass and come in different flavors. The assumptions of the Standard Model turned out to be wrong, and this had a major impact on our understanding of particle physics and the nature. In this lecture, we will discuss the fundamental properties of neutrinos, their experimental verification mainly by neutrino oscillations, and the remaining unknowns and future experiments. ３．Dark Matter 　The mystery of dark matter is one of the most critical issues in cosmology and particle physics because it plays a leading role in shaping the universe and its potential to interrelate with various problems in particle physics. There are three main approaches to the experimental verification of dark matter: accelerator generation, indirect detection by observing signals from the decay and the annihilation of dark matter in space, and direct detection by capturing events in which dark matter around us collides with detectors. Research to elucidate the nature of dark matter is being actively pursued using all of these approaches. In this lecture, we will discuss various dark matter candidates and the principles and current status of direct and indirect search experiments for them.

ファインマン図を用いた反応断面積の計算やディラック方程式の導入などの素粒子物理の基礎を学ぶ。さらに、素粒子物理学の標準模型を一通り理解するために、QED、QCD、弱い相互作用、CPの破れ、電弱統一理論、ヒッグス機構を習得する。様々な素粒子実験の話題に触れながら、標準模型が構築されてきた歴史や将来について学ぶ。 Learn the basics of particle physics, such as calculation of cross sections using Feynman diagrams and introduction of the Dirac equation. Furthermore, in order to understand the standard model of particle physics, we will learn QED, QCD, weak interaction, CP violation, electroweak unification, and Higgs mechanism. Learn about the history and future of the construction of the standard model while touching on various topics of particle experiments.

サイバネティクスとは、生物を含む自然系、機械を含む人工物、さらにはこれらを含む社会について、その基本構造を統一的に捉えることを指向した科学技術の概念である。生物が環境中の情報を計測し、処理し、自ら行動として環境に働きかける一連の流れを、信号処理、通信、さらにフィードバック制御に関わる数学で捉える。その上で、この原理を人工物に応用することで、自ら考え、判断・学習し、行動できる知的な機械を実現する方法論へ展開する。数学者ウィーナーによって1947年に創始されたこの学問体系は、生物、機械、社会を含むあらゆる物理的現象に関わる基本構造の抽出と、機能の設計・解析・制御などの方法論として今でも発展し続けており、脳工学、生体工学、バーチャルリアリティ、システム科学、人工知能（AI)などの現代的工学技術の礎のひとつとなっている。 この授業は、最先端の工学技術に関する講義と研究室の見学を通して、サイバネティクスの基本概念を理解してもらうことにある。様々な事象に対して、数学・物理学・情報学を駆使した現象の解析やモデル化を通し、新しい原理や方法論あるいは機構やシステムを創り出し、様々な分野での応用を可能にする工学の考え方や実際の最先端の研究に関し、工学部計数工学科システム情報工学コースの教員がオムニバス形式で紹介する。ブレインマシンインタフェース、バーチャルリアリティ、ロボティクス、音声・画像信号処理、生体医用工学といった最先端かつ広範な話題に触れることができ、しかも、それらが計測・解析・制御というサイバネティクスの共通の原理で語られることに驚きを覚えるであろう。人間の能力をいかにして機械などの人工物が獲得できるかを知る上でも、数学・物理学・情報学の基礎がどのように実践され役立つかを学ぶ上でも、人間とAIを含む機械が共生する将来像を考える上でも、この科目は充実した学識に触れる良い機会を提供できる。また、実際の研究現場を見学することにより、講義内容がどのような環境で着想され、育てられ、発展しているのかを見ることもできる。 具体的には以下に挙げるような、認識、行動、物理、情報、総合の５分野にわたるテーマに関する講義と研究室見学を行う。具体的な講義の内容の詳細と日程およびレポートの提出要領二関しては、掲示および初回の講義で案内する。 ------------------------------------------------------------ ※このゼミは4月8日（火）6限（18：45～）Zoomで行われる工学部合同説明会への参加を予定しています。 ZoomのURLは後日UTAS掲示板のお知らせにて周知いたします。 ------------------------------------------------------------

固体の電子状態、光学応答・輸送特性、超伝導、測定手法について講義を行う。電子間相互作用の取り扱いについても解説する。バンド計算手法や素励起･集団励起などの基本的手法・概念についても解説を行う。 Subjects of the lecture are electronic states, optical responses, transport properties, superconductivity, and measurement mathods. Electron-electron interaction will also be treated as well as band calculation methods, and basic concepts of quasiparticle excitation and collective excitation.

理論物理学専攻修士課程学生必修科目 Compulsory for Master-Course Students majoring in theoretical physics at Department of Physics

実験物理学専攻修士課程学生必修科目 Compulsory for Master-Course Students majoring in experimental physics at Department of Physics