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九州大学基幹教育院
粒子系理論物理学研究室へ

この研究室では、素粒子理論(場の理論や超弦理論)、原子核理論、重力波、超新星爆発など、多角的視点で理論物理学の研究を行っている。相対性理論をきっかけに「宇宙の進化」が研究されるようになり、宇宙は静止することなく、劇的な変化を繰り返して現在の姿に行き着いたことが明らかとなった。また、最近の宇宙観測から、宇宙には``見えない部分''(ダークマター・ダークエネルギー)が存在することが指摘されている。我々は、これらの課題に理論的アプローチで挑戦している。

©NASA

理論の統一

身近な物理現象に対する物理法則が実験事実から理解されてきた。それらを精査することにより``対称性''という概念が自然界の根底には存在することが明らかになった。この考えに基づき、4つの力(重力、電磁力、強い力、弱い力)の理論を考えると、そこには驚くほどの類似性がある。理論的には、この力の幾つかを統一的に記述することは、自然な流れで理解される。近年、加速器実験で発見されたヒッグス粒子は、この野心的な統一理論の考え方を支持している。

宇宙の進化

宇宙は決して永久不変の存在ではなく、進化を続けている。誕生直後の宇宙は熱く、素粒子がコンパクトにぎっしりと詰まったスープ状の様相をしていたと考えられている。その後、宇宙は膨張して温度が下がり、星が形成されるようになった。星もまた進化する。重たい星は死ぬ瞬間に爆発(超新星爆発)を起こし、我々の身近に存在する多様な元素を宇宙空間にまき散らす。より重たい星はブラックホールを残して死ぬかもしれない。最近、そうしてできたブラックホール同士が合体する現象が、重力波によって観測された。アインシュタインの最後の宿題と言われていた重力波の観測がついに成し遂げられたのである。

クォーク閉じ込めの謎

宇宙が始まって3分程度で、軽い原子核が形成されたと理解されている。原子核は素粒子として知られているクォークで構成されているが、そのクォークは単独で観測されていない。それはクォークは閉じ込められているからである。様々な状況証拠から正しいと信じられているが、その閉じ込め現象に対する理論的理解はまだ浅い。近年の素粒子論での双対性(理論間の対応関係)のアプローチにより、この閉じ込め現象に関する理論的知見は深まってきている。

​Power of Theoretical Physics

理論物理学は、宇宙の創生、進化、終わり、あるいは、クォークの閉じ込めなど、実験をすることが難しい領域において大変強力な研究手段となる。

九州大学 基幹教育院 粒子系理論物理学研究室

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