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物理学研究室(教室・研究室案内)

スタッフ

教授
中川 弘一

研究室ホームページ

http://www.physhoshi.matrix.jp/

素粒子と基本相互作用に関する理論的研究

 物質を構成する最小単位と考えられている素粒子は,現在,クォーク(核子を構成する粒子)とレプトン(電子やニュートリノなど)であることが分かっています.また,現在素粒子として認められている粒子には,クォークとレプトンの他に次のような粒子もあります.素粒子間に働く4つの基本相互作用(電磁相互作用,弱い相互作用,強い相互作用,重力相互作用)を媒介する量子として考えられるゲージ粒子(光子,ウィークボソン,グルーオン,重力子),粒子の質量の起源と考えられているヒッグス粒子です.現在のところ,これらのすべての素粒子や相互作用を統一的に扱える理論はまだ完成していませんが,重力を除く他の素粒子と相互作用についての統一的な記述は「場の量子論(量子場理論)」という量子論の枠組みの中でできるようになり,かなりの成功を収めています.

 一方,重力相互作用を記述できる理論として,アインシュタインにより作られた「一般相対論」があり,宇宙の銀河や天体の研究の基礎理論になっています.しかし,この理論は量子論ではなく,重力相互作用を他の相互作用と統一的に記述するためには,重力相互作用も含む量子論(量子重力理論?)が必要になりますが,今のところ未完成で,現代物理学の研究において未解決問題の一つとして挙げられています.

 この量子重力も含み,すべての素粒子と4つの基本相互作用を統一的に記述できる理論(超統一場理論?)がもし完成したとすると,それは超ミクロな世界(原子核の中の構造)から超マクロな世界(宇宙の大規模構造)までを一貫して説明できる理論になると予想されています.その最有力候補として,「超弦理論」が多くの素粒子論研究者に注目され,研究されています.

 当研究室では,この「場の量子論」,「一般相対論」,「超弦理論」に関するテーマを研究しています.具体的な研究テーマは当研究室のホームページを参照してください.

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