Transcript 素粒子実験研究室紹介 - 筑波大学素粒子実験室

素粒子実験研究室紹介
平成１５年１２月５日
素粒子物理学とは？
物質の究極の構造（＝素粒子）
素粒子の性質、素粒子間に働く相互作用
素粒子の時空での振舞い、あるいは時空の
構造そのもの
を研究するもの
物質の階層構造
水の分子10-7cm
原子核10-12cm
クォーク≤10-16cm
?
酸素原子10-8cm
陽子10-13cm
?
素粒子と相互作用
物質構成粒子
力の場に伴う粒子
u
c
t
d
s
b
νe
νμ
ντ
e
μ
τ
g
強い相互作用
γ
W+ W-
電磁相互作用
Z
補助場に伴う粒子
H
?
?
弱い相互作用
ヒッグス粒子
(未発見)
基本構成粒子の質量
 世代によって質量は
大きく異なっている
トップクォークは非常に
重く、金の原子核くらい
の質量
 ニュートリノの質量は
非常に小さい
最近のスーパー・カミ
オカンデなどの観測に
より、わずかな質量を
もっていることがわ
かってきた
標準理論
現在の観測事実は、ゲージ理論に基づく「標
準理論」でほぼ説明できる
しかし、標準理論には問題点がある
重力相互作用を無視している
実験で決定すべきパラメータが多すぎる
クォークとレプトンの世代の説明ができない
ヒッグス粒子が未発見
標準理論を越える、より基本的な理論を目指
した研究が現在なされている
研究方法
（加速した）素粒子を別の（加速した）素粒子・
物質にぶつけて反応を調べる
加速器を利用した実験
大量の粒子を決まったエネルギーに加速できるの
で、精密な測定、低い確率でしか発生しない事象を
観測できる
宇宙線などの自然にある粒子を、地上・地
下・上空で観測する
例：（スーパー・）カミオカンデ
加速器の到達できない超高エネルギー粒子の観
測や宇宙物理学に直接関連した実験
素粒子を観測するための装置：加速器
対象が微小になる程、それを調べるには高い
エネルギー（＝短波長）を要する（量子力学、
相対論が必要）。より高エネルギーに加速す
るには、巨大な粒子加速器が必要
加速器での衝突頻度を上げることも重要
加速できるのは安定した（寿命が長い）荷電
粒子
陽子（反陽子）、電子（陽電子）、原子核
次に寿命の長い（2.2ms）m 粒子の加速が現在
研究されている
現在稼動・建設中の主な加速器
 HERA (DESY)
 電子(30GeV) x 陽子(920GeV)
 TEVATRON (Fermilab)
 陽子(1TeV) x 反陽子（1TeV)
 CESR (Cornell)
 電子(6GeV) x 陽電子（６GeV)
 LHC (CERN)
 陽子(7TeV) x 陽子(7TeV)
 PEP-II (SLAC)
 電子(9.0GeV) x 陽電子（3.1GeV)
 KEKB (KEK)
 電子(8GeV)x陽電子(3.5GeV)
テバトロン加速器
米国フェルミ国立加速器研究所に設置
素粒子実験室が実験に参加している
陽子・反陽子を1TeV(光速の約99.99995%)
まで加速し衝突させる
2km
衝突型実験用汎用測定器
 例 : CDF測定器
テバトロン加速器に設置
 衝突点付近には様々なタイプ
の検出器が置かれ、反応の様
子が観測される
検出器に用いられる技術（例）
プラスチックシンチレータ
光電子増倍管
微弱な光を電気信号に変換
する。
１光子からの検出が可能。
左のシンチレータと組み合
わせて荷電粒子をとらえ
る。
荷電粒子の通過に伴い微弱な光を出す。
シリコンマイクロストリップセンサ
荷電粒子の通過した
位置を数十ミクロン
以下の精度で検出可
能
研究室のアクティビティー
 CDF実験（TEVATRON加速器、米国フェルミ国立加速器研
究所）
 2TeV 陽子・反陽子衝突実験 現在稼動中
 物理解析（トップクォーク、B粒子、強い相互作用、電弱相互作用、
ヒッグス粒子等未知粒子の探索）
 検出器開発（シリコン飛跡検出器、カロリメータ、データ収集システム
など）
 ATLAS実験（LHC加速器、欧州合同原子核研究機関、スイ
ス）
 14TeV 陽子・陽子衝突実験 建設中、２００７年開始予定
 検出器開発（シリコン飛跡検出器）
 物理シミュレーション
 GLC 実験
 0.5ー1TeV 電子・陽電子衝突型線形加速器 計画中
 検出器開発（カロリメータ）
CDF実験の主な成果
トップクォークの発見
Bc中間子の発見
読売新聞
研究室メンバー
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教授：滝川紘治、金信弘
助教授：受川史彦
講師：原和彦
準研究員：武内勇司
研究員：松永浩之
助手：戸村友宣（FNAL)
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D5：鈴木隆史、佐藤構二、津野総司、魚住聖、小林博和
D4：青木雅人（FNAL)、秋元崇（FNAL)、石澤善雄（FNAL)、本橋重信
D3：新間秀一
D2：松本偉史、皆川真実子
M2：恵本健亮、千石大樹、山本澄江
D1：木村直樹、桑野太郎、永野あい
M1：山内伸、吉玉仁
研究生：Jeroen Blok
４年生：中村浩二、中村雄一
４年生がやること
４年生は、素粒子物理や測定器開発の基礎
を学びながら、決まった課題について研究を
行います。例年、検出器の開発・テスト（ハー
ドウェア、ソフトウェア）を行っています
昨年度：GLCカロリメータの開発
今年度：CDFシリコン飛跡検出器、CDFカロリメー
タ用PMTの研究
おわりに
素粒子実験、特に高エネルギー加速器を
使った実験
ハードウェア（検出器開発、エレクトロニクス
など）
ソフトウェア（特に、Unix/Linuxや、C++などの
オブジェクト指向プログラミング）
に興味がある意欲的な学生の来訪を期待し
ています