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　　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

　　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. V5b, 2013.12.16 T. Kondo (KEK). 2012 年 7 月 4 日 ヒッグス粒子発見の発表 新聞 がトップ記事として伝えた. 2013 年 10 月 8 日. 2013 年 ノーベル物理学賞 受賞者 の発表. ピーター・ ヒッグス（イギリス）. フランソワ・アングレール （ベルギー）. 受賞理由：. 万物 に質量を 与える ヒッグス粒子 の 存在 を 理論的に 予言 した（ 1964 年 ） 。.

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Presentation Transcript

  1. 　　セ 　ル　 ン　　　　　　　　 エル エイチ シー C E R N とLH C 計画 と　ヒッグス粒子 V5b, 2013.12.16 T. Kondo (KEK)

  2. 2012年7月4日ヒッグス粒子発見の発表新聞がトップ記事として伝えた2012年7月4日ヒッグス粒子発見の発表新聞がトップ記事として伝えた

  3. 2013年10月8日 2013年ノーベル物理学賞受賞者の発表 ピーター・ヒッグス（イギリス） フランソワ・アングレール（ベルギー） 受賞理由： 万物に質量を与えるヒッグス粒子の存在を 理論的に予言した（1964年）。

  4. CERN(セルン）研究所 ・1954年に発足した。 ・加盟国：　ヨーロッパを中心にした21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。

  5. 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）

  6. LHC トンネル 27 km 実験装置 ATLAS CMS ALICE LHCb 計画承認 1994 建設完成 2008 建設費 ～１兆円

  7. LHC 加速器と実験装置 C M S ALICE トンネル周長　27km 設計値　　　　 達成値（%）2012.8.25現在 エネルギー 7+7=14 TeV8TeV (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 1380 (50 %) ATLAS LHCb

  8. CERN理事会における日本政府代表 CERN DG Chris Llewellyn Smith 与謝野文部大臣 ダルマ 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。 8

  9. 古河電気工業 新日本製鐵 東　芝 浜松ホトニクス （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。

  10. LHC加速器の超伝導マグネット 1232台の超伝導マグネット（二極）を使って陽子ビームを曲げる。 磁場は8.33テスラ。 断面図 ・２つのビームパイプ。 ・1.9 K （-271℃）まで冷やす。

  11. 超伝導とは 金属を冷やしていくと電気 抵抗が突然ゼロになる現象 （1911年に発見された） 電気抵抗 温度 0 -265oC 超伝導の応用： ・ リニアモーターカー ・ 磁気共鳴画像（MRI） 大電流を流すことができる 強い磁場を作る 高いエネルギーの粒子を曲げる

  12. 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）

  13. 建設中のアトラス実験装置　2005年11月

  14. 東芝京浜工場で製造中の超伝導ソレノイド　1998年

  15. 回路組立 栃木セイコー シリコンセンサー 浜松ホトニクス 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

  16. 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 セルンの地下実験ホール セルン地上

  17. CERNを利用するユーザーの国別分布（2011年6月27日現在）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 60歳代 20歳代 17

  18. 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）

  19. LHCの運転状況（１日分） ビーム１の陽子数　　　ビーム２の陽子数　　　ビームのエネルギー 衝突実験中 入射時に失敗 ビーム加速と調整 4 TeVでトラブル発生 ビームダンプ ビーム入射 19

  20. 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44 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 20

  21. 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）

  22. 電子（e） 陽子（p） クォーク 水（H2O） 酸素（O） 中性子（n） クォーク 分子　　　　　　　原子　　　　　　　　素粒子

  23. d d d d クォークの不思議 u u u u u u ・　裸（単独）のクォークはない。 ・　電荷量が分数である。 　アップクォーク 　　　ダウンクォーク ・　強い力がクォーク間に働く。 陽子 中性子 パイオン

  24. 素粒子の標準模型 質量 mg=0 mg=0 mW=80 GeV mZ=91 GeV ヒッグス粒子のみ未発見だった。 24

  25. 自然界には４つの力が存在する 強い力 >電磁磁気力>弱い力>>>　　　重力 光・原子・分子・宝石・携帯電話・ 電波・雷・テレビ.. 落下りんご 月・太陽・星・・・体重 クォーク間に働き陽子を作る 太陽/星・放射能…... 力を伝える粒子 グルーオン　　　　　　光　　　　 　Ｗ粒子, Ｚ粒子　　(グラビトン) 　　　　質量 = 0質量 = 0 陽子の１００倍 （質量 = 0） これが質量の問題

  26. 太　　陽 核融合反応 陽子 +エネルギー + + 重水素 電子 ニュートリノ 陽子 弱い力

  27. 太陽内の核融合反応の実際 d d d d d u u u u u u u 陽子 重水素 陽子 W 電子 弱い力を 伝える粒子 ニュートリノ

  28. この５０年間物理学者を悩ませた問題： 電気を伝える光：質量はない！　（到達距離=無限大） しかし なぜWに質量があるのか？（到達距離=非常に短い） d u d W 電子 弱い力を 伝える粒子 ニュートリノ

  29. CERNのT-shirt (お土産グッズ） 自発的対称性の破れ (1959) 南部陽一郎 2008 1979 R.ブロウトF.アングレール, P.ヒッグス ヒッグスメカニズムの提案（1964) 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。 S.ワインバーグ A.サラム 電弱理論 の提案（1967） 29

  30. 高温の宇宙 光 u W 光速(c=30万km/秒) 光 冷えた現宇宙 H u H H H H H H H H H H H W H ヒッグス場の海 （弱い力の海） H H H H

  31. 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）

  32. 見つかったヒッグス粒子の候補イベント H->Z Z -> m m mm ４本のミュー粒子（赤線）が発生してる。 H -> g g ２つのガンマ線が発生してる。 https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/AtlasPublic/EventDisplaysFromHiggsSearchesを参照

  33. ヒッグス粒子さがしの現状 アトラス実験チームの結果 CMS実験チームの結果 　　観測されたイベント数 ヒッグス粒子の質量 [GeV] 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。

  34. 力の統一= 物理学者の夢 現在 17世紀 19世紀 20 世紀 量子色力学 強い力 磁気力 大統一? マックスウエル 電磁気力 電気力 電弱理論 ? ヒッグス…… 弱い力 弱い力 地上重力 重力 一般相対論 ニュートン 天体重力 高いエネルギー 宇宙のはじめ 34

  35. 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

  36. 重力レンズ効果 銀河クラスターの衝突 銀河の回転速度 暗黒エネルギー 暗黒物質 銀河クラスターの運動 LHCで発見 されるかも 光を出す通常物質 ３°Ｋ宇宙背景輻射 我々の宇宙の４％しか理解してない！ 36

  37. 宇宙の歴史 LHCで10-12秒後までさかのぼる！ １ １兆 現在 137億年前　 　　秒　　　　　　　　　30万年 宇宙が透明になった 37

  38. これから ・ヒッグス粒子の性質をさらに詳しく調べ上げる。 ・ 2013-14年はLHC加速器を修理して衝突エネルギーを7+7=14 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2023年頃に輝度を上げ2035年まで運転する。 ・　並行して周長80~100kmの VHE-LHC加速器を検討する。

  39. 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。

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