第３講：高エネルギー実験の検出器

先端融合科学特論I最先端加速器で探る素粒子と時空の物理准教授 山崎祐司（神戸大）第３講：高エネルギー実験の検出器先端融合科学特論I

Higgs 粒子崩壊の例 H  Z⁰ Z⁰  e⁺e⁻⁺⁻ ミューオン：赤線電子：青反跳ジェット：青，橙ミューオンの運動量が高く，ほとんどまっすぐ飛ぶ → 強い磁場中を長い距離とばす必要あり大きな検出器になる

標準模型の概略 数字は質量 (GeV)陽子:0.938 電弱相互作用（弱荷，ハイパー荷）g, W±, Z0 ニュートリノレプトン • クォーク（小林益川），ニュートリノ（牧中川坂田）ともに世代間混合「電子」 0.511103 1.78 0.105 179.2 1.3 強い相互作用（量子色力学，カラー荷）g（グルーオン） u-type クォーク d-type 0.1 4.2 0.002程度 +質量を生成する Higgs粒子 h0 (スカラー) 先端融合科学特論I

散乱粒子の最終産物 • クォークは単体では存在しない • 中間子 Meson （クォーク・半クォーク対）あるいは核子 Nucleon（陽子，中性子…）= 準安定ハドロンに崩壊 • タウレプトンは短寿命 • 中間子あるいは荷電レプトン (e, µ) とニュートリノに崩壊 • 重いクォークも崩壊 • ニュートリノは検出できない • （準）安定な粒子 τ > 10−8 [s] • 電子，光子 • 荷電ハドロン，中性ハドロン • ミューオン(µ) 先端融合科学特論I

長寿命粒子のプロフィール 先端融合科学特論I

強い相互作用によるクォークの閉じこめ • 強い相互作用の結合定数は，相互作用のエネルギーが高いほど小さい（低いほど大きい） • 力は距離が離れるほど強くなる • ポテンシャルエネルギーにより新たに粒子・反粒子が対生成 • 中間子を形成し，多粒子のジェットとなる • 破砕化（fragmentation）とよばれるポテンシャルエネルギーが高くなっている中間子中間子先端融合科学特論I

クォーク・グルーオンの破砕化 パートン間の不変質量が1 GeV程度になると， αS ~ 1 となり摂動計算が意味をなさなくなる → 非摂動な束縛状態（中間子）を形成 O(1GeV) パートンが一つ放射ee→ qqg ハードな散乱の「３体崩壊」拡大すると… O(√s) 次々にパートンが放出される（αSでかい）先端融合科学特論I

第 ３ 講： 高エネルギー実験の検出器