Transcript ヒッグス粒子と超対称性の 発見が切り拓く21世紀の 素粒子物理学

新学術領域研究（研究領域提案型）申請課題
テラスケールの地平線を切り拓く
先端加速器による素粒子物理
LHCが7TeVでの
運転を開始した
直後のイベント
（2010年3月30日）
領域代表者
小林富雄
東京大学素粒子物理国際研究センター
東京大学理学系研究科
駒宮幸男、浅井祥仁
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研究の目的
エネルギーフロンティア（最高エネルギー）での
素粒子研究を結集し、新たな研究領域を創成する。
・LHC実験によりテラスケールでのヒッグス粒子や
超対称性粒子などの発見を目指す
・LHCでの成果を次世代のエネルギーフロンティア
物理研究へつなげる
・テラスケール素粒子物理の成果を宇宙物理学など
へ展開する
* テラスケール = TeV/テラ電子ボルトのエネルギー領域
* これまでの素粒子研究は O(100GeV=0.1TeV) まで
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研究の
学術的意義
真空の構造
暗黒物質
時空の構造
余剰次元
前人未到のテラスケールでの
研究は、このような根本的
問題に挑むことを可能にする
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LHC加速器とATLAS実験
LHC加速器
・ LHCはCERNで建設された14TeV の
陽子・陽子衝突型加速器（周長27km）
・ 超伝導磁石（8.3T dipole）を使用
・ 建設に14年
・ 2010年3月30日、7 TeVでのビーム衝突
実験開始
ATLAS実験
（これまでの最高エネルギーは米国Tevatronの2TeV）
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ATLAS実験装置
(A Toroidal LHC Apparatus)
内部飛跡検出器
ミューオントリガー
検出器
超伝導ソレノイド磁石
・直径 22m、長さ 44m、重さ 7000t
・世界最大の超伝導トロイド磁石
・37ヵ国、2990名の研究者による国際共同実験
・日本グループ（15の大学・研究所、110名）は
ミューオントリガー検出器、内部飛跡検出器、
超伝導ソレノイド磁石など、主要部分を建設
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ATLAS実験：日本の貢献
内部飛跡検出器（半導体検出器）
超伝導ソレノイド磁石
LHC Computing Grid
地域解析センター
ミューオントリガー検出器
LHC加速器建設でもビーム最終
収束超伝導四極磁石の建設に貢献
・14年にわたる建設とコミッショニングを経て、安定に運転されている
・これからの5年間はLHCでの発見が期待される重要な時期
→ 物理解析においても大きな貢献をしたい
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ヒッグス粒子（質量の起源）
・ヒッグス粒子はゲージ対称性を自発的に破り（南部）、素粒子に質量を与える
・ヒッグス粒子は標準理論で唯一未発見の粒子
・これまでの実験から、ヒッグス粒子の質量は 115～200 GeV に絞り込まれた
・ヒッグス粒子の存在は「真空」の概念を変える
H → gg + 2jets
2014年（本領域研究最終年度）までには
標準理論ヒッグス粒子の確実な発見（5s以上）が可能
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超対称性粒子
・標準理論の粒子とスピンが 1/2
だけ異なる粒子
・力の大統一が実現
・暗黒物質の最有力候補
超対称性粒子は
テラスケールに存在
・重力を含む力の統一にも必要
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LHC実験による超対称性粒子探索
超対称性粒子イベントの
特徴は、見えない粒子
（暗黒物質）による
アンバランスさ
・暗黒物質などから予言される
領域は、来年中にもほぼカバー
・予想もされない新しい物理が
出てくる可能性もある。
（→ エネルギーフロンティア）
これらは理論研究に方向性を
与える。
・最も重要な物理の成果が期待
されるのがこれからの５年間
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領域の構成
LHCでの物理研究
・LHCでの発見を
物理の原理に高める
・超伝導加速器や
最先端の検出器技術
を応用、発展
理論研究
宇宙物理への展開
次世代エネルギーフロンティア
加速器実験に向けた基礎研究
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次世代エネルギーフロンティア
加速器実験に向けた基礎研究
LHCでの発見を更に発展
→ SLHC, DLHC：より高いエネルギーで発見
→ Linear Collider (e+e-)：
バックグラウンドの少ない環境で精密測定、確立
鍵となる技術の集中的な開発研究（例）
・新しい超伝導線材：NbTi → Nb3Al
SLHC, DLHC に応用
・超伝導高周波加速空洞の安定的な実現
Linear Collider に応用
これらの先進的技術は一般への広い応用も期待できる
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重複応募の制限について
１）特別推進研究との重複応募
森俊則（東京大学素粒子物理国際研究センター）：
計画研究B02「次世代加速器での物理研究及び技術開発」の研究分担者
↔ 特別推進研究「MEG実験‐レプトンフレーバーの破れから大統一理論へ」
の研究代表者
⇒ 森は研究分担者を辞退し、計画研究代表・駒宮と
連携研究者の大谷が替わって研究を行う
２）基盤研究（Ｓ）との重複応募
該当なし
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まとめ
本領域研究は、ヒッグス粒子や超対称性など素粒子物理学の
根幹に関わる新粒子や新現象をLHC実験で確実に発見し、
それを次世代のエネルギーフロンティア実験へと導く。
テラスケールで発見される新しい
物理は、「物質」や「力」などの
研究ばかりでなく、その入れ物となる
「真空」や「時空」の研究へと発展し、
新しい自然観を創造する。
またそれらは素粒子物理学のみならず、
宇宙の進化の解明など、科学全般へ
計り知れない貢献をもたらす。
国際共同研究において日本のプレゼンスを
示すためにも本領域科研費が必要です。
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予備のスライド
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研究組織
X01
A01
A02
B01
B02
C01
代表
小林（東大ICEPP)
浅井（東大理）
徳宿（KEK）
藏重（神戸大）
駒宮（東大理）
萩原（KEK）
研究分担者・連携研究者
は領域全体で36名
（ 13の大学・研究所）
X01
総括班
（企画調整、広報・
アウトリーチ）
公募研究
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経費について
国際共同実験ATLAS（約3000人のコラボレーション）内の日本グループ：
・110人が参加（国内の高エネルギー実験グループとしては最大）
・主要検出器提案・建設の実績が高く評価（LHC加速器建設へも貢献）
・国際データ解析網へも貢献
・物理解析の準備を主導的に行った
(ヒッグス粒子、超対称性などの主要な物理にフォーカス）
今後、諸外国の研究者と競争・協力して成果を上げるためには、
現地に研究者が長期滞在し、協力して研究を進めることが必須。
エネルギーフロンティア実験の物理研究はこれまで主に科研費で賄ってきた。
・LEP-I, LEP-II（～平成10年度）： 国際学術研究
・LEP-II（平成11年度～15年度）： 特定領域研究（B）
・ATLAS（平成11年度～16年度）： 特定領域研究（B）
・ATLAS & MEG（平成16年度～21年度）： 特定領域研究
次世代エネルギーフロンティア実験へ向けての加速器・検出器の
開発研究や、テラスケール物理の理論研究を広範囲にわたって
行い、かつ国際的にもリーダーシップを発揮するためには、
多くの研究者を結集する必要がある。
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理論研究の構成
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