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学習物理学とは、AIと物理学を融合する新しい研究分野の名称です。2017年ごろから勃興し、2022年からは全国で「学習物理学領域」という名の研究グループが発足しています。AIが物理学のために何をしてくれるのか？この講義では、AIを司るニューラルネットワークの基礎から始め、AIと物理学の間の親和性の確認や、多様な物理学における機械学習の利用方法、を学びます。特に、先端の研究成果にも触れ、みなさんがこの新しい研究領域に足を踏み入れるための準備をします。参考書：「学習物理学入門」（朝倉書店）
この講義では、主に中重核、重核の反応と崩壊を取り上げる。まず、低エネルギー重イオン核融合反応における多体量子トンネル 現象を議論する。ここでは、原子核構造と原子核反応が織り成す相関のために、核融合反応の確率が大きく影響されることを解説する。また、関連して、最近話題になっている相対論的高エネルギー重イオン衝突を用いて原子核の形を視る試みについても触れる。次に、超重元素を作るための重イオン核融合反応のダイナミックスを概観する。強いクーロン場の下で、中重核の反応から重核の反応へどのようにダイナミックスの様相が変わっていくのか解説する。最後に、超重核や重い原子核の主要な崩壊モードの１つである核分裂を議論する。核分裂は原子核の形状が大きく変わる運動であり、その量子多体ダイナミックスは未だ明らかになっていない。ここでは、最近の研究の進展を交えつつ、宇宙における r-プロセス元素合成における核分裂の果たす役割などにも触れる予定である。
高バリオン密度でのQCD物質の理解における近年の進展を、特に状態方程式と相図に焦点を当てて、私自身の研究も含めて概観する。状態方程式については、中性子星のデータの充実や、QCDの第一原理計算の発展により、その定性的な振る舞いが明らかになりつつある。また、逆に中性子星への応用を念頭に置いた、QCDやQCD型理論からの示唆についても説明する。相図については、(非)閉じ込めに関する理解は発展途上であるが、クォーキオニック物質という興味深い可能性が提示されている。また、クォークのクーパー対生成によるカラー超伝導についても簡単に解説する。
原子核は量子力学的効果が強く現れる多体系であり、その構造や振る舞いは多様な視点をもたらす魅力的な研究対象である。原子核の性質は陽子・中性子数に応じて大きく変化し、特に不安定核領域では従来の魔法数が消滅し、新たな魔法数が現れるなどの現象が観測されている。こうした原子核構造変容の謎を解き明かすためには、実験的に核構造の変化をつぶさに調べる分光学的研究が必要であり、不安定核ビームの利用はそのための強力なツールとなる。不安定核実験施設において、このような研究が実際にどのように進められているのかを解説しつつ、不安定核研究のフロンティアの一端を実験研究者の視点から紹介する。