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セ ル ン エル エイチ シー C E R N と L H C 計画 2012・8・21 1 2 2 CERN(セルン）研究所 ・1954年に発足した。 ・加盟国： ヨーロッパ２０カ国 ・年間予算： 約1,000 億円 ・職員： 約2,500 人 ・ユーザー： 約10,000人（世界71カ国から） ・1990年 WWWを発明した。 ・15年かけてＬＨＣ加速器を建設し、現在運転中。 3 LHC ( Large Hadron Collider ) 周長 26.6 km 主な実験装置 ATLAS CMS ALICE LHCb 計画承認 1994 建設完成 2008 建設コ費～１兆円 4 CERN理事会における日本政府代表 与謝野文部大臣 ダルマ CERN DG Chris Llewellyn Smith 1995年6月23日 に与謝野馨文部大臣がCERN理事会に出席し日本によるLHC建設 協力を表明した（非加盟国の中では日本が最初）。その後も日本は資金協力を行い、 総計138.5億円の建設資金協力を行った。 5 CERNを利用するユーザーの国別分布（2011年6月27日現在） 71カ国から 10482名 加盟国： 62 % オブザーバー国：29 % （日本 1.8 %） 国別順では アメリカ 1786 名 イタリア 1406 名 ドイツ 1220 名 ロシア 822 名 フランス 905 名 イギリス 732 名 ・・・・・・ ・・・・・・ 日本 190 名 6 物質は何から出来ているか？ 電子（e） u u d 陽子（p） 水分子（H2O） u 酸素原子（O） d d 中性子（n） クォーク 7 自然界に存在する４つの力 強い力 > 電磁気力 原子核を 作る 力を伝える粒子： その粒子の質量 : 光・原子・分子 ・結晶・半導体・ 電波・雷・・・・ > 弱い力 >>> 重 力 原子力・原爆・ 水爆・太陽・・・ 放射能 落下りんご 月・太陽・ 星・・・体重 グルーオン 光 Ｗ、Ｚ粒子 グラビトン 0 0 陽子の100倍 0 なぜか？ ヒッグス粒子がなくてはならない！ 8 素粒子 mg=0 mg=0 mW=80 GeV mZ=91 GeV ヒッグス粒子のみ未発見。 この発見がLHC計画の主目的。 9 自発的対称性の破れの提唱 2008 CERNのT-shirt (お土産グッズ） 南部陽一郎 R.ブラウト F. エングラー , P.ヒッグス ヒッグスメカニズムの提唱 1979 S.ワインバーグ, A.サラム, 電弱理論の提唱 S.グラショー 標準理論の方程式 ヒッグス場（赤い部分）がないと 素粒子が質量を持てない。 10 ヒッグス場による質量の創生 • • • • 本来、粒子の質量はあってはならない。 ←理論（対称性）の要請 現在の真空はヒッグス場で満ちている。 ←南部のアイデアが素になっている。 W/Zやクォークはヒッグス場に引かれ質量をもつ。光はヒッグス場を感じない。 ヒッグス場があるとヒッグス粒子が存在するはず。 相転移 宇宙初期 現 光速 光速 在 光速よりも遅い 光速よりも遅い 抵抗 抵抗 クオー ク レプト ン クオー ク 抵抗 W 光速 光 W レプト ン 光 光速 光速よりも遅い ヒッ グス 場の 海 註： 実は 陽子の質量 = クオークの質量（２％）＋強い力（９８％） 11 アインシュタインの質量エネルギー等価式 E= エネルギー エネルギー エネルギー 2 MC 質量 光速 ：原子力・原水爆 質量 核融合・太陽/星 質量 ：加速器・ビッグバン （註１）広島の原爆では1kgのウラン235が核分裂して0.7gの質量がエネルギーになっ た。 （註２）LHCのエネルギーでは陽子の約1万倍の質量をもつ粒子を作り出せる。 12 加速器の原理 電場で加速する 力 F e(E υ B ) 磁場で曲げる 力 磁場 電流 （フレミングの左手の法則） 13 加速器の主要素：超伝導電磁石 1232 台の超電導電磁石がビームを曲げる。 14 建設中のアトラス実験装置 2005年11月 15 ATLAS : 日本が担当者た検出器の例 端部ミューオントリガー装置 (日本＋イスラエル＋中国) つくば市 つくば市 神戸大学 セルン地上 セルンの地下実験ホール 16 LHC建設に貢献した主な日本企業 推定規模 億円(註) 古河電気工業 LHC加速器 超伝導ケーブル ～20* 新日本製鐵 LHC加速器 双極電磁石の特殊ステンレス材 ～50* 東芝 LHC加速器 収束用超伝導四極電磁石 ～15* ＪＦＥスチール LHC加速器 電磁石用非磁性鋼材 ～5* カネカ LHC加速器 電磁石用ポリイミド絶縁テープ ～10* IHI (+Linde) LHC加速器 低温ヘリウムコンプレッサー ～20* 東芝 アトラス 超伝導ソレノイド ～10 浜松ホトニクス アトラス,CMS, LHCb シリコン検出器, 光電子増倍菅,光検 出ダイオード ～10 川崎重工業 アトラス,CMS LArカロリメター容器, 鉄構造体 ～10 林栄精器 アトラス ワイヤーチェンバー ～5 東芝 アトラス 信号読み出し集積回路 ～2 ソニー アトラス 検出器信号アンプ ～1 ジーエヌディー アトラス トリガー用電子回路 ～1 フジクラ アトラス 耐放射線性光ファイバー ～1 クラレ アトラス シンチレーションファイバー ～1 有沢製作所 アトラス 銅箔ポリイミド電極シート ～1 （註）推定規模は、部分的な情報から推定しており、実際の契約額と相当にずれている可能性があります。 あくまでも企業の貢献の規模の目安にすぎません。＊印は日本による建設協力資金が使用された事を示す。 古河電気工業 新日本製鐵 東 芝 浜松ホトニクス 17 実際に観測されたイベントの例。このような衝突が毎秒２千万回起こっている。 18 ヒッグス粒子が発生すると m m m m ４本の高エネルギーのミュー粒子（→矢印）が出てくる。 19 ヒッグス粒子さがしの現状 アトラス実験チームの結果 ヒッグス粒子の質量 [GeV] CMS実験チームの結果 ヒッグス粒子の質量 [GeV] [公式発表] ２つの実験チームはヒッグス粒子とみられる新粒子 を質量125～126 GeV付近に観測した。 20 重力レンズ効果 銀河の回転速度 銀河クラスターの衝突 暗黒エネルギー 銀河クラスターの運動 暗黒物質 LHCで発見 されるかも ３°Ｋ宇宙背景輻射 光を出す通常物質 我々の宇宙の４％しか理解してない！ 21 超対称性粒子があると大統一が可能になる。 暗黒物質の 有力候補 ニュートラリーノ (spin) 1 2 でも超対称性粒子はまだ１つも見つかってない。 22 日本からのCERN訪問者の例 2009.5.3 野田聖子 内閣府特命担当大臣 他内閣府より９名 野田国務大臣訪問時の写真は 右のページに掲載： http://atlas.kek.jp/sub/photos/CERNVisitors/2009/ http://cdsweb.cern.ch/record/1175345 23 ま と め １．セルン（CERN）を全世界からの研究者が使っている。 ２．物質はクォークとレプトンから出来ている。 その間に働く力は４種類ある。 ３．超電導を使った加速器で新粒子を作る（E→mc2）。 ４．ヒッグス粒子とみられる新粒子が観測された。 5. ビッグバン直後の物理法則を研究している。 超対称性粒子や暗黒物質も発見されるかも。 24