素・核実験

素粒子実験(加速器)

教員

教授/山本 均
准教授/佐貫 智行
助教/長嶺 忠 助教/石川 明正 助教/與那嶺 亮

研究について

加速器素粒子実験
 高エネルギーで電子と陽電子を衝突させると、B中間子などの重い粒子が生成され、将来には、質量の起源であるヒッグス粒子、そしてまったく新しい理論を示唆するかもしれない粒子などが生成される可能性がある。

 粒子・反粒子の間のCP 対称性の破れは、35年前にK中間子の崩壊において発見されたが、このCP 対称性の破れは小林・益川らによる理論によって素粒子の標準模型の枠内で説明され、重いb クォークを含むB 粒子においてもCP 対称性の破れがあることが予言されていた。この理論を検証すべく、高エネルギー加速器研究機構(KEK)において多量のB粒子・反B 粒子を生成する電子・陽電子衝突型加速器(B ファクトリー)が建設され、現在世界最大強度を誇っている。この施設において現在B粒子・反B 粒子の崩壊の差(CP の破れ)を詳しく観測・測定することを目的としてBELLE実験が進行中であり、すでにB 粒子において小林・益川理論の予言した通りのCP対称性の破れが発見された。本学グループはこの実験でミュー中間子検出器を建設し、衝突点近傍の設計製作を行って衝突点の極近くで荷電粒子の飛跡を測る事に成功した。物理解析においても、本学グループは当初のCP対称性の破れの発見においてもミュー中間子を使った解析で大きな役割を果たし、現在も小林・益川理論の他の予言を検証すべく解析を進めている。また、B 粒子と同様にタウレプトン粒子も多量に生成されそれに関する多くの研究課題も山積みされている。

国際リニアコライダー

 電子陽電子衝突器の将来はリニアコライダーにある。国際リニアコライダー(ILC)は、B ファクトリーの約百倍のエネルギーで電子と陽電子を正面衝突、対消滅させるものである。形は線形、長さは約30kmで将来には約50 kmへの拡張を予定し、その有力な候補地が北上山地にある。その主な目的は素粒子の標準理論で予測されているヒッグス粒子を生成し研究すること、そして暗黒物質の正体となる粒子などの標準理論を超える物理現象を探索することである。ジュネーブ郊外にあるCERN研究所に設置されたLHC加速器で、2012年暮れにヒッグス粒子と見られる粒子が発見されたが、これは素粒子物理学の新時代の幕開けとなるものである。LHCは今後高度化してヒッグス粒子を調べて行くことになるが、ILCはLHCに比べてその高度化のあとでも、詳細は測定対象によるが平均的に数十倍の統計的パワーがある。2013年2月には新しいリニアコライダー国際組織 (Linear Collider Collaboration – LCC) が発足したが、本学はその物理・測定器担当のディレクターを勤める。また、日本におけるリニアコライダー測定器開発資金の大半をしめるプロジェクトの中心基地となっている。具体的な研究内容として、ILCの測定器でどのような物理現象がどのような精度で測られるのかを詳細なコンピュータ・シミュレーションを開発して評価し、それを使って測定器の設計・最適化を行っている。また、ILCの測定器には粒子の飛跡位置、運動量、そしてクォーク・ジェットのエネルギーにたいして未曾有の分解能が要求されるため、測定器要素の開発が必須となるが、我々は最先端の半導体技術を駆使した反応点検出器の研究開発を行っている。

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