＜#素粒子物理学の基礎＞ 23 ①#電磁気力 ②#弱い核力 ③#強い核力 ④#重力 ①を記述する #マクスウェル方程式 の #電磁気学 は， 「#電場 と #磁場 を統一」という意味では #統一理論 の1つ. また，①②の統一は完了している.(#電弱統一理論) そこに③④をどうつなげるか，が 目下の問題.

＜#素粒子物理学の基礎＞ 22 ▶#大統一理論 (grand unified theory，GUT) ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%A7… #電磁気力＆#弱い核力＆#強い核力 を統一 ▶#超大統一理論 (万物の理論・最終理論 Theory of Everything=ToE) ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%87… #重力 を含む4つを統一. この理論の候補は #超弦理論.

＜#素粒子物理学の基礎＞ 21 #統一理論 の一覧: 4つの力 ①#電磁気力 ②#弱い核力 ③#強い核力 ④#重力 のうち… ▶①②を統一したものが #電弱統一理論 (完成済) ▶①②③を統一したものが #大統一理論 (未完成…) ▶①②③④を統一したものが #超大統一理論， 万物の理論 (未完成…)

＜#素粒子物理学の基礎＞ 20 #基本相互作用 を それぞれ記述する理論… ①#電磁気力: #マクスウェル方程式 の #電磁気学. #量子電磁力学(QED) ②#弱い核力: #電弱統一理論 ③#強い核力: #量子色力学 ④#重力: #一般相対性理論 この4つの #統一理論 を作る試みを 次ツイから概観する.

＜#素粒子物理学の基礎＞ 19 ここまでの復習: 4つある #基本相互作用 の各々に対し 下記の情報を言えるように！ ・何に対して働く(何を引き起こす)力か? ・物理学の中で，何というジャンル(理論)で扱われている力か? ・その力を伝達する #ゲージ粒子 は? ・どれぐらい遠くまで働く力か?

＜#素粒子物理学の基礎＞ 18 #ゲージ粒子(力を伝える粒子)を 2粒子間で「交換」する事で 2粒子間に力が働く. その交換を俗に「キャッチボール」と表現する. 例えば電子など荷電粒子同士が近づくと 互いの #光子 を交換するたび #電磁気力(#引力 や #斥力)が働く… と一般向けに説明される.

＜#素粒子物理学の基礎＞ 17 #ゲージ粒子 と4つの力: ゲージ粒子とは (4つの #基本相互作用 において) 【力を伝える粒子】. 粒子は，力を伝えるゲージ粒子を 常に放出・吸収している. 例えば #電磁気力 の場合， #荷電粒子 は絶え間なく #光子 を放出・吸収し #電磁場 を生む…とみなせる.

＜#素粒子物理学の基礎＞ 16 #ゲージ粒子 の交換が 4つの力の #相互作用 を生む. ゲージ粒子(#ゲージボソン gauge boson) ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B2… #ゲージ相互作用 を媒介する #ボーズ粒子. ボース粒子(#ボソン，ボゾン Boson) ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9C… スピン角運動量がℏの整数倍の粒子

＜#素粒子物理学の基礎＞ 15 #場の理論 によると… 4つの力の #相互作用 は， #ゲージ粒子 の交換により発生する. 力と，その力を伝達するゲージ粒子: ①#電磁気力→#光子(#フォトン) ②#弱い核力→#ウィークボソン ③#強い核力→#グルーオン ④#重力→#重力子(#グラビトン.存在未確認)

＜#素粒子物理学の基礎＞ 14 #基本相互作用 の影響範囲: ▶ミクロな範囲(原子核内部など)しか届かない力 ②#弱い核力 ③#強い核力 ▶無限遠まで届く力(1/r^2に比例) ①#電磁気力:ミクロにもマクロにも働く ④#重力:弱すぎてミクロな現象を生まない.天体同士のマクロな現象には強く影響

＜#素粒子物理学の基礎＞ 13 4つの #相互作用 の理論を整理: ①#電磁気力 #マクスウェル方程式 の電磁気学. #量子電磁力学. ②#弱い核力 ワインバーグ・サラム理論(WS理論)で 電磁気力と統一され #電弱統一理論 が構築された. ③#強い核力 #量子色力学 で記述. ④#重力 #一般相対性理論.

＜#素粒子物理学の基礎＞ 12 #重力 続: 4つの力(#基本相互作用)を統一する試みで 重力だけ統一できていない. 重力を含む #統一理論 として #超弦理論(#超ひも理論)等が研究途上. 超弦理論(ちょうげんりろん superstring theory) ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B6%85… 不完全で未検証な仮説にとどまる

＜#素粒子物理学の基礎＞ 11 #重力 の続き： ▶重力そのものは アインシュタインの #一般相対性理論 で記述される. 一般相対性理論 ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%80… ▶4つの力のうち 重力だけ #量子化 に成功しておらず #量子重力理論 が現在研究途上. 量子重力理論 ja.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8F… .

＜#素粒子物理学の基礎＞ 10 ▶4つの基本相互作用④#重力 #質量 を持つ物体間の #引力. 質量が #時空 を歪ませ他の物を引き寄せる. -- #重力相互作用(gravitational interaction) ja.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8D… 重力 ja.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8D… gravity(gravitation) en.wikipedia.org/wiki/Gravity .

＜#素粒子物理学の基礎＞ 9 ▶4つの基本相互作用③#強い核力，#強い力 非常に強い. #電磁相互作用 の百倍の強さ. 原子核内の #核子(#陽子+#中性子)を結合する力. #量子色力学 で記述される. -- #強い相互作用 ja.wikipedia.org/wiki/%E5%BC%B7… Strong interaction en.wikipedia.org/wiki/Strong_in… .

＜#素粒子物理学の基礎＞ 8 「#β崩壊 において #β線(#電子)のエネルギー分布が 連続的なのはなぜ？」 ↓ 1930年 #パウリ: その説明のため 新粒子(#ニュートリノ)の存在を提唱 ↓ 1933年 #フェルミ: #フェルミ相互作用(#弱い相互作用)の理論を提唱 →これが #弱い核力 の理論として発展。

＜#素粒子物理学の基礎＞ 7 #弱い核力(#弱い力)の理論は， #放射性崩壊 の一種である 「#β崩壊」を説明するために生まれた。 #ベータ崩壊 ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%99… #中性子 が #陽子 に変化する際 #ベータ線(#電子)と #ニュートリノ を放出する。

＜#素粒子物理学の基礎＞ 6 ▶4つの基本相互作用②#弱い核力，#弱い力 非常に弱い力. #電磁相互作用 の千分の1の強さ. 素粒子の崩壊を引き起こし 粒子を別の粒子に変える. #電弱統一理論 で記述. -- #弱い相互作用 ja.wikipedia.org/wiki/%E5%BC%B1… Weak interaction en.wikipedia.org/wiki/Weak_inte… .

＜#素粒子物理学の基礎＞ 5 #電磁気力 の理論 ▶古典電磁気学=#マクスウェル方程式 の #電磁気学 ↓ ↓ #量子化 すると… ↓ 「電磁場の量子化」 ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB… ↓ ▶「#量子電磁力学」 (Quantum electrodynamics，QED) ja.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8F… 量子電気力学， 量子電磁気学とも

＜#素粒子物理学の基礎＞ 4 ▶4つの基本相互作用①#電磁気力 #電荷 をもつ粒子(#荷電粒子)に働く力. #マクスウェル方程式 の #電磁気学 で記述. -- #電磁相互作用 ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB… Electromagnetism en.wikipedia.org/wiki/Electroma… マクスウェル方程式 ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E… .

＜#素粒子物理学の基礎＞ 3 自然界の基本的な４つの力 ＝#基本相互作用 次ツイから１つずつ見てゆきましょう！ -- ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9F%BA… #素粒子 の間に相互に働く基本的な #相互作用。 素粒子の相互作用，自然界の四つの力。 Fundamental interaction en.wikipedia.org/wiki/Fundament… .

＜#素粒子物理学の基礎＞ 2 自然界の基本的な4つの力(#基本相互作用) ①#電磁気力 #電荷 をもつ粒子に働く力 ②#弱い核力，#弱い力 素粒子の崩壊 (#中性子 の #β崩壊 等)を引き起こす力 ③#強い核力，#強い力 #クォーク を束縛し #ハドロン を作る力 ④#重力 質量を持つ物体の間に働く力

＜#素粒子物理学の基礎＞ 1 #素粒子物理学(particle physics) の目的は２つある. ①物質を構成する 根源的な「粒子」(#素粒子)を特定する. ②それら粒子間に働く 「力，#相互作用」の法則を解明する. 粒子間に働く力として4種類が知られており その4つの力を統一する事が目標となる.

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＜#素粒子物理学の基礎＞ 71 #素粒子論 の学習法つづき… ここまでの情報は 素粒子論を「学ぶための入り口」を 一部紹介したにすぎない. 大学で学ぶ物理学や数学の知識がないうちは まずは #標準模型 の 一般人向けの解説をかじってみて， 定性的な理解に取り組むのがよいかもしれない.

＜#素粒子物理学の基礎＞ 70 #素粒子論 の学習法つづき 物理・数学に加え #英語 力も必要. ここまでのツイートで 英語で書かれた物理系のWebページを 多数紹介しました. それらのページに書いてある英語の情報を 空気のように当たり前に スラスラ理解して読み書きできる必要があります.

＜#素粒子物理学の基礎＞ 69 #素粒子論 を学ぶ前提知識の一部… ・ #電磁気学 と #一般相対性理論: いずれも高度な #微分幾何学 で記述. ・ #量子力学: 無限次元の #線形代数. ・ #場の量子論: 無限自由度の量子力学. #リー代数， #群論 など 抽象代数学も必要.

＜#素粒子物理学の基礎＞ 68 ここまでで 現代の #素粒子物理学 の勉強内容が 概観できました. ・物質と力の成り立ちを説明する 現時点で最良のモデルとして まず #標準模型 を十分に学ぶこと. ・4つの #相互作用 を各々理解し， その #統一理論 の各案を 把握・模索・探究すること.

＜#素粒子物理学の基礎＞ 67 整理: ▶4つの #基本相互作用 のうち #重力 は #量子化 できておらず 重力を除く3つの力を ある程度まとめて扱うのが #標準模型 ▶重力を含む #統一理論 の試みとして #量子重力理論 が研究されており， 候補として #超弦理論 や #ループ量子重力理論 がある

＜#素粒子物理学の基礎＞ 66 #ループ量子重力理論(LQG) 続: LQGでは ・ノード(点)と ・ノード同士を繋ぐリンク(線) から成るグラフ(#スピンネットワーク)で空間を表す. スピンネットワークで表される空間の 「つながりの変化」が， #重力 などの力の媒介や #電子 など素粒子の存在を表す.

＜#素粒子物理学の基礎＞ 64 5つの超弦理論を統合する #M理論(M-theory): 1995年に #ウィッテン が提唱. M理論に1次元の弦は存在せず 2or5次元の膜(#メンブレーン)が構成要素. #超弦理論 も研究途上の仮説だが， M理論は超弦理論より更に未完成. 最終的に物理理論として成立するか不明瞭.

＜#素粒子物理学の基礎＞ 63 #超弦理論 の 5つのバージョンを統合するものとして 「#M理論」が研究されている. #時空 の次元は1つ増え11次元. ja.wikipedia.org/wiki/M%E7%90%8… ・超弦理論では 基本的物体は1次元の弦(#ひも). ・M理論では 加えられたもう1次元により， 基本的物体は2次元の膜.

＜#素粒子物理学の基礎＞ 62 #超弦理論 では… #時空 の #余剰次元 が 6次元の「#カラビ・ヤウ多様体※」 の形をしている，と予想される. ※Calabi–Yau manifold ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AB… 「コンパクト #ケーラー多様体 で， #標準バンドル が自明なもの」 と定義されることが多い.

＜#素粒子物理学の基礎＞ 61 #超弦理論 には5つのバージョンがある: タイプI タイプIIA タイプIIB ヘテロSO(32) ヘテロE8×E8 いずれも10次元時空. 人間が認識できるのは 空間3＋時間1で計4次元. 残りの6次元は #カラビ・ヤウ多様体 によりコンパクト化され 小さなエネルギーでは観測不能.

＜#素粒子物理学の基礎＞ 60 #超弦理論 続: 超弦理論は 素粒子の #標準模型 の様々な粒子を導出する 大きな自由度を持つ. #場の量子論 は粒子を点として扱うが #超ひも理論 は粒子を弦の振動として表す. #ひも の大きさは 実証不能なほど小さく(#プランク長 程度) 今後実証されるか未知.

＜#素粒子物理学の基礎＞ 59 ▶#量子重力理論 の候補②#超弦理論 弦理論に #超対称性 を加えたのが 超弦理論(#超ひも理論). #弦理論(げんりろん string theory) ja.wikipedia.org/wiki/%E5%BC%A6… 物質の基本単位を， 無限に小さな0次元の点粒子でなく 1次元の拡がりをもつ弦(#ひも)と考える仮説.

＜#素粒子物理学の基礎＞ 58 ▶#量子重力理論 の候補①#超重力理論 #一般相対性理論 を超対称化. グラヴィティーノという #ゲージ場 を使用. 2次発散を取り除けるが 全ての発散は取り除けないので 完全な量子重力理論でない. 超重力理論(supergravity theory) ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B6%85… .

＜#素粒子物理学の基礎＞ 57 #量子重力理論 とは？ 一般相対論に #量子力学 を導入し 重力を量子化する未知の理論. 主な研究対象は #ブラックホール. 量子重力理論の候補： ・ #超重力理論 ・ #超弦理論← ・ #ループ量子重力理論 …つまり，量子重力理論の候補のうち1つが #超ひも理論.

＜#素粒子物理学の基礎＞ 56 ①#電磁気力 ②#弱い核力 ③#強い核力 ④#重力 ▶①②③を統一: #大統一理論(未完成) ▶①②③④を統一: #超大統一理論(未完成) ④の重力を含む #統一理論 として， #超ひも理論 を含む 「#量子重力理論」が研究されている. それを次ツイから概観してみよう.