Transcript ヒッグス粒子の質量 [GeV]

セ
ル
ン
エル エイチ シー
C E R N と L H C 計画
と ヒッグス粒子
V4c: 2013.4.24 T. Kondo (KEK)
2012年の7月の報道
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
ここに
http://atlas.kek.jp/sub/video/CERN-MOVIE-2004-005_digest_oldPart.mov
を貼り付ける。
CERNの昔の映像 （http://cdsweb.cern.ch/record/809062 より抜粋）
4
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
建設費～１兆円
5
LHC 加速器と実験装置
CMS
ALICE
トンネル周長 27km
設計値
エネルギー
7+7=14 TeV
8TeV (57 %)
ルミノシティ
1034 cm-2s-1
7.7×1033 (77 %)
陽子数/バンチ
1.15×1011
1.6×1011 (139 %)
ビームバンチ数
2808
ATLAS
2011/4/21
達成値（%）2012.8.25現在
1380 (50 %)
LHCb
6
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。
7
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
8
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。
9
超伝導とは
金属を冷やしていくと
抵抗が突然ゼロになる。
温度
0
大電流を流すことができる
強い磁場を作ることができる
高いエネルギーの加速器
-260oC
超伝導の応用：
・エネルギー貯蔵
・電力送電
・リニアモーターカー
・磁気共鳴画像（MRI）
超伝導ケーブルを埋め
込んだキーホルダー
(CERNお土産グッズ）
10
ここに
http://atlas.kek.jp/sub/video/LHCMagnets.mov
を貼り付ける。
LHCマグネット組立・設置とビーム
（http://atlas.kek.jp/sub/video/LHCMagnetBeam.mov）
11
建設中のアトラス実験装置 2005年11月
12
東芝京浜工場で製造中の超伝導ソレノイド 1998年
13
シリコンセンサー
浜松ホトニクス
回路組立
栃木セイコー
フレキ回路基板
日本メクトロン（茨城県）
日本・英・米などで製造されたシリコン検出器
14
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
15
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
男女別年齢分布
20歳代
60歳代
16
2008年9月10日
LHCで初めてビームの周回に成功した（世界に放映）。
この時のBBC映像は http://cdsweb.cern.ch/record/1125916 にある（公開）
17
LHCの運転状況（１日分）
ビーム１の陽子数
入射時に失敗
4 TeVでトラブル発生
ビーム２の陽子数
ビームのエネルギー
衝突実験中
ビーム加速と調整
ビーム入射
ビームダンプ
18
陽子ビームバンチの形状と衝突
0.3mm (衝突点では16 mm)
160億個の陽子
～14 cm
バンチ数は1380個
リング全体で440 兆個の陽子
衝突回数：毎秒２千万回
アトラス実験で観測された陽子バンチ衝突イベント
15個のpp衝突が見えている
19
ここに
http://atlas.kek.jp/sub/video/atlas-movie-japanese_digest.mov
を貼り付ける。
日本語ナレーションのビデオ
（http://www.atlas.ch/multimedia/atlas-movie-japanese.htmlより抜粋）
20
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
21
u u
d
陽子
u
d d
中性子
u u
クォークの不思議
・ 裸（単独）のクォークはない。
・ 電荷量が分数である。
u
アップクォーク

d
ダウンクォーク

2
3
1
e
e
3
・ 強い力がクォーク間に働く。
パイオン
22
素粒子の標準理論
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。
23
４つの力（相互作用）
強い力 > 電磁気力
クォーク間
で働く
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
たいへん不思議な弱い力
・ パリティ非保存の発見 (1957) → 左巻きの粒子のみに働
く。
・ 到達距離がひどく短い → 力を媒介するＷ，Ｚに質量があ
る。
・ 電磁力とよく似ている → 電弱力として統一された。
24
自発的対称性の破れ
(1959)
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案（1964)
1979
S.ワインバーグ,
A.サラム,
S.グラショー
電弱理論の提案（1967）
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。
25
宇宙＝真空はヒッグス場の海
u
W
光
d
e
Z
・光以外はヒッグス場の海に引きずられて質量注１を持つ。
・ヒッグス場の海にエネルギーを一点集中させる とヒッグス粒子が作られる。
（注１）クォーク・レプトン・W/Z粒子の質量のこと。陽子の質量の98％は強い力に起因する。
26
2012年7月4日 CERNはヒッグス粒子（らしきもの）を観測したと発表
ここに
http://atlas.kek.jp/sub/video/CERN-MOVIE-2012-110_digest.mov
を貼り付ける。
（http://cdsweb.cern.ch/record/1462525 より抜粋）
27
見つかったヒッグス粒子の候補イベント
H -> g g
２つのガンマ線が発生してる。
H-> Z Z -> m m m m
４本のミュー粒子（赤線）が発生してる。
https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/AtlasPublic/EventDisplaysFromHiggsSearches を参照
28
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。
29
力の統一 = 物理学者の夢
現在
20 世紀
19世紀
量子色力学
強い力
磁気力
大統一?
電磁気力
マックスウエル
電気力
電弱理論
?
17世紀
ヒッグス……
弱い力
弱い力
地上重力
一般相対論
重力
ニュートン
天体重力
高いエネルギー
宇宙のはじめ
30
外側の星ほどゆっくり動くべき（A）なのに
同じ速度（B）で動いている !
→ 10倍の暗黒物質が必要
31
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！
32
宇宙の歴史
LHCで10-12秒後までさかのぼる！
137億年前
１
１兆
秒
30万年
宇宙が透明になった
現在
33
これから
・ 新粒子がヒッグス粒子であるかどうか確認する。
・ 2013, 2014年はLHC加速器を修理してビームエネル
ギーを7 TeVに上げる。
・ 超対称性粒子や暗黒物質の探索を続ける。
・ LHCは2030年まで運転する。
34
日本語のウエブサイト
http://atlas.kek.jp
には、発表・解説・写真・ムービー・記録・報道・歴史
などの数多くのリンク先が載っていて便利です。
35