原子分野

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(1) 光速の測定　人類が科学に目覚めたのが、光は何か、光速はどれくらいか、という疑問です。現時点では、光速

が長さの単位を決める定数になっています。

(2) 電子　陰極線と言われていたものを、J.J.トムソンは、電子という粒子の流れと考え、1897年、電子の比電荷を実験で求めました。

(3) 黒体輻射　19世紀後半に説明できなかった黒体輻射は、1900年、プランクの量子仮説により説明されました。

(4) 水素原子のスペクトル　水素原子のスペクトルの規則性に気づいたのはリュードベリですが、なぜそうなるのか、20世紀初頭まで謎でした。

(5) 原子　色々な原子モデルが出されましたが、現在では、正電荷を持つ原子核の回りを電子が周回する、というラザフォードのモデルが認められています。ですが、安定性についての難問がありました。

(6) 固体比熱　温度が絶対零度に近づくときに固体比熱がゼロに近づくことは、アインシュタインによって、プランクの量子仮説により説明されました。

(7) 光電効果　強い光を当てても光電流が流れないのに、振動数の大きな弱い光でも光電流が流れるのはなぜか、アインシュタインは、1905年、光は粒子としての側面も持つとして、プランクの量子仮説により説明しました。

(8) コンプトン効果　光を粒子として考えて説明できる実験結果により、アインシュタインの光電効果の説明が裏付けられました。

(9) ドブロイの公式　光は粒子としての側面も持つ、としたアインシュタインに対し、ド・ブロイは、ならば物質粒子は波としての側面も持つと主張しました。

(10) ボーアの原子模型　ラザフォードの原子モデル、水素原子スペクトルに関する謎を、1913年、ボーアがボーアの原子模型により解明しました。

(11) 量子力学の基礎　ド・ブロイの物質波に対して、シュレーディンガーは、1926年、波動方程式から出発して、原子、電子を記述する方程式を作りました。

(12) 量子力学の基礎(その2)　シュレーディンガーの方程式を用いて調和振動子の問題を解いてみます。結晶格子の振動の解析、固体比熱の理論にもつながります。

(13) 量子力学の基礎(その3)　シュレーディンガーの方程式によって、水素原子の電子の問題を調べます。メンデレーエフの周期律が説明できます。

(14) 原子核　原子核は陽子、中性子からできています。この結合による結合エネルギーから莫大な核エネルギーを取り出すことができます。放射能、核分裂、核融合、崩壊系列などについて考えます。

(15) 素粒子　最もよく知られた素粒子である電子を古典的に扱います。また、素粒子実験を行う加速器、基本的対称性について考えます。

(16) 素粒子(その2)　素粒子論の基本であるクライン・ゴルドン方程式、ディラック方程式を取り上げ、反粒子、真空偏極、くりこみ、湯川秀樹の中間子論(強い相互作用)について調べます。

(17) 素粒子(その3)　ニュートリノの発見に伴うβ崩壊の理論(弱い相互作用)、クォーク・モデルに至る過程、ユニタリ変換、クォークの色荷について調べます。

(18) 素粒子(その4)　電磁気力と弱い相互作用を統一的に扱う電弱統一理論、自発的対称性の破れ、原子核・核子の内部構造(パートン模型)、漸近的自由性、小林・益川理論、ニュートリノ振動を調べ、最後に素粒子の分類についてまとめます。

注意．素粒子については、教科書に、クォークの色とか、陽子・中性子がupクォーク、downクォークから構成されるとか、素粒子の世代、とか、弱い力を媒介するのはＷボソンとＺボソンだとか、対消滅・対生成、などの記述があるのです(なぜそうなるのか？という疑問に答えるのは非常に難解なことになります)が、入試で、どう取り上げられるのか、過去問などをよく研究して、無駄な入試準備をしないように、充分に注意してください。

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