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 1 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、新たな領域として提案する。 ・LHC実験によりテラスケール（TeVエネルギー領域） での直接発見（ヒッグス粒子や超対称性など）を行う ・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 今後5年間でこれらの発見ができるのはLHCだけである。 2 ・質量の起源？ ‐自発的対称性の破れ（ヒッグス） ・真空の構造？ ・宇宙は相転移したか？ ・自然界の新しい対称性？（超対称性） ・力の大統一？ ・時空の構造？ ・暗黒物質？ ・宇宙は本当に３次元か？（余剰次元） ・重力も含めた究極の理論は？ テラスケールに 解決のヒントが 3 LHC (Large Hadron Collider at CERN) （大型ハドロンコライダー） ・ ・ ・ ・ ・ 14 TeV の陽子・陽子衝突型加速器 LEPトンネル（周長27km）を利用 超伝導dipole磁石、8.3T、長さ14.3m、1232台 建設に14年、総建設費は約5000億円 2010年3月30日、7 TeVでのビーム衝突実験開始 今後のLHC運転予定： 2010年 100~200 pb-1 (7 TeV) 2011年 ~1 fb-1 (7 TeV) 2012年 シャットダウン 2013年 3~7 fb-1 (13 TeV) 2014年 5~16 fb-1 (13~14 TeV) 日本（KEK）もビーム最終収束 超伝導四極磁石の建設に貢献 * CERNのLEP（電子・陽電子）は 200 GeV * 米国フェルミ研究所のTevatron（陽子・反陽子）は 2 TeV 4 ATLAS実験装置 ・直径 22m、長さ 44m、重さ 7000t ・世界最大の超伝導トロイド磁石 ・センサー数 1億チャンネル ・37ヵ国、173の参加機関、2990名の研究者 （2010年4月時点）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、 ソレノイド超伝導磁石などに貢献 (A Toroidal LHC Apparatus) 5 アトラス測定器 （日本担当部分） 内部飛跡検出器（半導体検出器） 超伝導ソレノイド磁石 ミューオントリガー検出器 LHC Computing Grid 地域解析センター 6 ヒッグス粒子（質量の起源） 素粒子の標準理論： ・相互作用（力）はゲージ原理が支配 ・ヒッグス粒子はゲージ対称性を自発的に破り 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 H → gg 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 7 超対称性粒子（SUSY） ・標準理論の粒子とスピンが1/2だけ異なる粒子 ・階層性問題の解決 ・力の大統一が実現 ・重力を含む力の統一にも必要 ・暗黒物質の最有力候補 階層性問題や力の大統一、暗黒物質に 必要な超対称性はテラスケールに存在 8 LHC実験によるSUSY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 LHC実験では ・暗黒物質やミューオン g-2 実験が示唆 する領域は来年中にほぼカバー ・10 fb-1（2014年）には質量が約 2 TeV までの超対称性粒子の発見が可能 9 LHC実験から次世代テラスケール実験に向けて 超伝導加速器技術 物理成果 最先端検出器技術 → SLHC, DLHC （さらに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、発見） 10 研究組織 X01 総括班 （企画調整、 広報・アウトリーチ） X01 A01 A02 B01 B02 C01 LHC実験で 直接発見 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） 素粒子、時空、 宇宙の理解 公募研究 LHCでの発見と最先端検出器技術を 次世代エネルギーフロンティア実験へ導く 11 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 12 まとめ 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 新現象を確実に発見するのがLHC実験である。 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ものである。 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。 本領域研究「テラスケール物理」は、LHCでの発見を主導的に行い、 それを次世代の実験へと導く初めての試みである。 13 予備のスライド 14 経費 （千円） 15,000 X00（総括班）合計 23,700千円 総額（平成22年度～平成26年度） 1,199,300千円 （千円） 100,000 10,000 80,000 5,000 60,000 B01（検出器R&D）合計 217,000千円 40,000 0 20,000 250,000 A01（Higgs/SUSY）合計 310,200千円 0 200,000 B02（加速器、将来計画）合計 175,900千円 150,000 80,000 100,000 60,000 50,000 40,000 0 20,000 0 300,000 250,000 200,000 150,000 100,000 A02（SM精密測定）合計 310,200千円 100,000 C01（理論研究）合計 123,500千円 80,000 60,000 40,000 50,000 20,000 0 0 15 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旅費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。 16
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