宇宙と素粒子のしくみ | 京極一樹の数学塾

HOME > 書籍紹介 > 宇宙と素粒子のしくみ

『図解で詳しく 宇宙と素粒子のしくみ』

space&EP.jpg発行日:    2011/8/26
発行所:   アスキー・メディアワークス
ISBN:     4048705148
頁数:     192頁
本体価格:  ¥1,580(税抜)
発行部数:  5000部(2011/8/26現在)

はじめに
宇宙は果てしなく巨大な世界であり、素粒子は限りなく小さな要素を探究する分野です。この2つは、大きさやエネルギーの尺度(スケール)がまったく相反する世界です。しかし物理学の研究では、これら宇宙物理学と素粒子物理学は表裏一体であり、ばらばらに研究することはできなくなっています。
「宇宙はビッグバンから始まった」といわれていますが、このときにビッグバンにつぎ込まれたエネルギーがどれくらいなのか想像もつきません。ビッグバン直後に素粒子間に働く1つの力が4つに分化します。この4つの力を1つの理論で語りつくそうという統一理論の最有力候補が「ひも理論」です。素粒子が物質を構成して、宇宙が現在の姿に近づき、同時に暗黒物質が生まれます。これがどんな素粒子で構成されているのかはまだわかっていません。これは「ヒッグス粒子」あるいは「超対称性粒子」ではないかといわれています。
素粒子を研究するには、素粒子どうしを衝突させて、その結果を分析します。衝突させるために必要なエネルギーは、衝突させる粒子どうしの反発力を振り切って衝突するくらい大きなエネルギーが必要です。
スイスのジュネーブ郊外で稼働を開始した、全周約27kmの大型ハドロン衝突型加速器(Large Hadron Collider、LHC)を利用して、巨大なエネルギーの粒子どうしを衝突させることができるようになりました。LHCでは、次の3種類の粒子や現象が発見されようとしています。
○ヒッグス粒子: 質量を生み出す粒子
○超対称性粒子: ひも理論を構成するのに必要な粒子
○マイクロブラックホール: 発生後すぐに蒸発するといわれている
本書ではこのような非常に広い範囲を、できるだけわかりやすく図解します。
本書が皆様の宇宙と素粒子の理解の一助となれば幸甚です。
2011年8月
著者


第1章 宇宙と素粒子の7つのキーポイント
1 宇宙と素粒子のかかわり
2 物質の究極の粒子はクォークとレプトン
3 宇宙はビッグバンから始まった
4 宇宙創成のとき4つの力は1つに統合されていた
5 物質の質量はヒッグス粒子との衝突で生み出される
6 銀河系の形が変わらないのは暗黒物質があるから
7 小さなものを見るには大きなエネルギーが必要
8 LHCはブラックホールを作ることができるのか
コラム 宇宙を探る宇宙望遠鏡

第2章 素粒子の基本的なしくみ
1 歴史的経緯の解説1:クォーク理論の夜明けの時代
2 歴史的経緯の解説2:標準理論が確立した時代
3 猫は生きているか死んでいるかハイゼンベルグの不確定性原理
4 量子電磁力学は無数の光子の生成・消滅をあつかう
5 クォーク模型は量子数を保存する複合粒子模型
6 クォークは6種類あった!
7 クォークに色が付いている?カラーと量子色力学
8 電子には仲間の粒子がたくさんあった!
9 ベータ崩壊でエネルギーを持ちさるニュートリノ
10 標準理論から万物の理論へ
コラム ハッブル宇宙望遠鏡が撮影した超新星 1987A

第3章 自然法則が非対称な世界と超ひも理論
1 われわれの世界は対称性が破れて生まれた
2 自然法則は物質世界と反物質世界では非対称
3 CP対称性の破れのは6つのクォークの存在によって生ずる
4 CP対称性の破れをB中間子で30年ぶりに確認
5 質量の発生要因はヒッグス機構とカイラル対称性の自発的な破れ
6 ビッグバンの直後は弱い相互作用と電磁相互作用は統合されていた
7 3種の中でつねに移り変わるニュートリノ
8 いまだに見つからない右巻きニュートリノ
9 標準理論を超える大統一理論・超対称性理論
10 超ひも理論・M理論が万物の理論の最有力候補
コラム WMAP衛星が撮影した宇宙のゆらぎ

第4章 宇宙のしくみ
1 宇宙は火の玉から始まった?
2 ビッグバンの初期には時空が光速を超えて膨張した
3 宇宙創成直後の素粒子生成のドラマ
4 ビッグバン以降の原子と物質の生成のドラマ
5 星間物質が集積して星が生まれるしくみ
6 星の明るさを比較する
7 星の一生は星の重さで決まる
8 超新星爆発から中性子星・ブラックホール誕生まで
9 中性子星やブラックホールが構成する高エネルギー天体
10 恒星はリサイクルする
11 宇宙から到来した元素と資源
12 銀河は矮小銀河が衝突・合体してできる
13 銀河はどのようにして衝突合体するのか
14 銀河の形はさまざま、銀河の階層構造は3段階
15 宇宙は一様ではなく銀河は泡の上に乗っていた
16 宇宙の膨張は加速している
17 ビッグバンが起きたことはどうやって確認できたのか
18 宇宙形成は暗黒物質宇宙膨張は暗黒エネルギー
19 宇宙の終焉はどのようなシナリオなのか
20 時空特異点がない世界ではビッグバンは繰り返される?
コラム 銀河を探る宇宙望遠鏡


第5章 相対性理論入門
1 特殊相対性理論はたった2つの原理から構築される
2 超高速で移動すると長さが縮む? 時間が遅れる?
3 特殊相対性理論でE=mc2を証明してみよう
4 一般相対性理論はどのようにして構築されたのか
5 一般相対性理論の立証と重力方程式を満たす解
コラム 重力波を探る宇宙アンテナ

第6章 加速器とLHC
1 粒子を加速器で加速すると小さなものが見える
2 加速器の基本的なしくみ
3 もっと高性能な加速器のしくみ
4 加速器の発展は史上最大の加速器LHCに帰結
5 LHC(大型ハドロンコライダー)の規模と現状
6 LHCとヒッグス粒子などの探索

京極一樹数学塾.gif

京極一樹の物理塾
京極一樹の化学塾
----------------------------
[入試問題解説]
●センター試験数学入試問題
センター試験数学
●医大・難関大の数学入試問題
東京大 数学入試問題過去問一覧
京都大 数学入試問題過去問一覧
大阪大 数学入試問題過去問一覧
一橋大 数学入試問題過去問一覧
東工大 数学入試問題過去問一覧
国公立医大 数学入試過去問一覧
私立医大 数学入試過去問一覧
難関私大 数学入試問題一覧
国公立大 数学入試問題一覧
----------------------------
[難関大・医大合格の教材2017年版]
最新刊:入試直前対策3点
----------------------------
東大理科
日大/医
横浜市大/医
東大・京大・一橋大の文系数学
----------------------------
完全対策 微積分応用問題
完全対策 微積分基礎問題
完全対策 複素数平面・2次曲線問題
完全対策 数列・漸化式の極意
完全対策 整数問題の極意
完全対策 空間図形問題の極意
注文のご案内・簡易製本のご案内
入試問題解説書の販売条件一覧

京極一樹が貴方のための
受験大学の入試問題の学びやすい分野別解説・傾向分析書
をおつくりします!
センター試験数学対策問題集
センター試験化学対策問題集
ほんとうの数学入試試験対策
-------------------------------------
[個人指導]
京極一樹が個人指導・家庭教師お引き受けします。
受験生・高校生・大学生はこちら
受験生の遠隔指導引き受けます!
中学生・中高一貫校生はこちら
-------------------------------------

●分野別の数学入試問題
大学入試 数学入試問題の良問集大成
(数Ⅰ・数Ⅱ・数Ⅲ)

(数Ⅲ)

(数A)

(数B・数Ⅲ)

行列と一次変換(旧数C)
難関大学突破のためのトピックス

---------------------------------
東大数学入試問題を突破する方法
初めて見る問題を解く方法
どうして勉強するのか
---------------------------------
「数学以外のコンテンツ」は削除しました。
入試数学トップへ戻る
京極一樹の数学塾トップページへ戻る