SuperKEKBとBelle II 後田 裕 (KEK) Future Prospects for Fundamental Particle Physics a.k.a. 石野さん南條さん送別会 2016/3/25 京都大学 3月2日報道発表 3月4日までに確認されたweb記事 コライダーの運転開始 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 KEKB Super KEKB LEP LHC HERA Tevatron PEP-II 開始年 加速器 2016(17) SuperKEKB 2008 LHC 1998(99) KEKB, PEP-II 1989 LEP 1988 BEPC 1986 TRISTAN 1983(85) TEVATRON 2015/6/23 LHC(2008)以降初 あとに続くのは、HL-LHC; Linear Collider (ILC, CLIC), HE-LHC, FCC, CEPC, SppC, Super tau charm, … 4 物質優勢宇宙を理解するための２つの道程 Bファクトリー （クォークなどの研究） Bの物理 クォークにおけるCP対称性の破れ （小林・益川） ニュートリノ （中性レプトンの研究） ニュートリノ物理学 ニュートリノ質量と混合角 2002年 小柴博士 2008年 小林博士・益川博士 スーパーBファクトリー 新物理の発見 新物理におけるCP対称性の破れ 新素粒子（暗黒物質候補）の理解 クォークのCP対称性の破れか ら、物質優勢宇宙ができたと いう可能性 2015年 梶田博士 ニュートリノにおけるCPの破れ 右巻きの重いニュートリノ （暗黒 物質候補）とCP対称性の破れ レプトンのCP対称性の破れ が元で、物質優勢宇宙がで きたという可能性 世界の新物理探索実験 直接探索 間接探索（フレーバーの物理） B(b) D(c) t K(s) m n MEG@PSI NA62@CERN ATLAS@CERN CMS@CERN Mu2e@Fermilab n-EDM@PSI n-EDM @TRIUMF LHCb@CERN Belle II Muon g-2 @Fermilab COMET @J-PARC P33@J-PARC K0TO@J-PARC Muon g-2 @J-PARC 2016/1/22 Belle II: 世界最大規模の観測網 様々な粒子の様々な崩壊を測定 6 Direct search and Indirect search Production in high energy collisions Contribution through quantum effect ~ q p s b p ~ c ~ g ~ ~ q c _ q q g ~ n l- Tunnel effect 衝突エネルギーを可能な限り高くする（エ ネルギーフロンティアの開拓） 短期間で可能な限り多くのデータを取得し、 精密測定を可能にする（強度・ルミノシ ティーフロンティアの開拓） http://www.hep.ucl.ac.uk/iop2010/talks/14.pdf 2016/1/22 7 新物理探索の一例 ~ q s b ~ c g Tunnel effect 精密測定によりこの 「差」を見つける。 J/K0 fK0 シミュレーション(50ab-1) S(fK0)=0.39 is assumed 新物理による僅かな「差」を超精密測定により明らかにする そのためには、大量のデータが必要 → SuperKEKB加速器 2016/1/22 8 ルミノシティを上げるには 電子・陽電子の 数を増やす 大電流 小ビームサイズ 2014/10/22 9 Nano-Beam 衝突 Original idea of P.Raimondi バンチの一部分だけが衝突するこ とで、HG条件を緩和・回避 SuperKEKB KEKB 22mrad ~50nm 1mm 1mm 100mm 5mm 5mm 100mm 83mrad 10 SuperKEKB and Belle II Belle New superconducting /permanent II quads near the IP final focusing New IR e+ 4GeV 3.6 A e- 7GeV 2.6 A Colliding bunches SuperKEKB Target: L = 8x1035/cm2/s Replace short dipoles with longer ones (LER) Add / modify RF systems for higher beam current Positron source Redesign the lattices of HER & LER to squeeze the emittance TiN-coated beam pipe with antechambers Cu for wigglers and Al alloy for the rest New positron target / capture section Damping ring @1.1 GeV To inject low emittance positrons Low emittance gun To inject low emittance electrons 2016/1/22 11 11 SuperKEKB: Ring completed 12 Belle II測定器とBEAST II ２０１５．１１ BEAST II Belle II Beam Exorcism for A Stable ExperimenT （安定な実験のためのビームのお祓い） • 新しい加速器が安定に稼働するまでは、貴重な測定器を壊す 危険性が高いので、Belle IIの代わりにビームからのバックグラ ウンド測定専用センサー群（BEAST II）を設置 • Belle IIは隣で組み立て中 13 First Beam Storage ! 2 turns 9 Feb. 2016 130 turns Stored 26 Feb. 2016 14 典型的な加速器運転状況 小電流調整運転(~30mA)と 可能な大電流(3月下旬現在でLER~200, HER~150mA) での真空焼き出し運転を半々 2015/6/23 15 BEAST LER 最初の3周 (BEAST II) HER 最初の2周 (BEAST II) ビーム電流に応じてバックグラウンドレベルが変化(BEAST II) 2016/1/22 16 スケジュール VXDを導入 測定器をビームラインに導入 ただしVXDの代わりにVXDプロトタイプとほかのバックグラウンドセンサー 2016/1/22 17 QCS and DR (will engage from phase 2) Superconducting final focus magnet (QCS) Positron damping ring (DR) Magnets are being installed in the new tunnel 新トンネル建設（H23〜24） QCSL delivered on Dec. 25, 2015 QCSR under construction DR電磁石 2016/1/22 18 Belle II Detector KL and muon detector: Resistive Plate Counter (barrel outer layers) Scintillator + WLSF + MPPC (end-caps, inner 2 barrel layers) EM Calorimeter: CsI(Tl), waveform sampling (baseline) (opt.) Pure CsI for end-caps Particle Identification electron (7GeV) Time-of-Propagation counter (barrel) Prox. focusing Aerogel RICH (fwd) Beryllium beam pipe 2cm diameter Vertex Detector 2 layers DEPFET + 4 layers DSSD positron (4GeV) Central Drift Chamber He(50%):C2H6(50%), Small cells, long lever arm, fast electronics 2016/1/22 19 BKLM EKLM ECL new electronics CDC: ready at side room First TOP module installed. Last module under production 20 VXD (from phase 3) and beam pipe Phase 2 beam pipe made Phase 3 BP under production 2016/1/22 21 Radiative B decaysSM b → s g, b → d g high energy photon • Flavor Changing Neutral Current (FCNC) process No “tree level” diagram possible in SM (small) • Penguin diagram is the lowest order term (u, c,) t quark and W boson in the SM. Possible NP contribution in the loop • Observables Branching Fraction CP asymmetry Isospin asymmetry Photon polarization U. Haisch, hep-ph/0805.2141; ATLAS curve added by Steve Robertson 2016/1/22 22 Photon polarization in bgsg (fTCPV) • 標準模型で電弱相互作用は左巻き bsg からのg はほとんど左巻き d b • BgXsC(CP)g (e.g. BgKSp0g)は、CP固有状態…では なく、始状態のフレーバーが規定できる（gR, gLで 区別される）状態。TCPVは起こらない。 • BgXsC(CP)g (BgKSp0g)にTCPV がある → 右巻きカ レントがある → 新物理 𝑚𝑠 𝑆 SM ~ − 2 sin 2𝜑1 ~0.04 𝑚𝑏 実は、TCPV BgKSp0g の測定は容易ではない g B vertex p+ p- g Ks IP profile g B decay point reconstruction with KS trajectory (and IP profile) 2016/1/22 W t B X sg d s g AGS [Phys.Rev.Lett. 79, 185 (1997)] AGHS [Phys. Rev. D 71, 076003 (2005)] Outer layers of Belle II SVD (日本担当) 崩壊点位置検出器の覆う半径内 でKSが崩壊しないといけない。 半径方向に大きな崩壊点位置検 出器が必要。 23 Results from Belle, future prospect All results consistent with zero so far 𝑆 = −0.10 ± 0.31 ± 0.07 S PRD74 111104(R), 2006 1 In the SM |S(K*0g)| < 0.03, S(0g) ~ 0 Belle results Possible deviation from SM O(1): Warped extra dim. O(1): L-R symmetric model O(0.1): SUSY SU(5) hep-ph/0609037 B g B K*g SUSY 0.1 Improvement by Belle II (Ks vertex) SM(K*0g) 0.1 1 10 50 Luminosity [ab−1] S(K*0g) = 0.027 @ 50 ab−1 S(0g) = 0.075 @ 50 ab−1 Belle II Collaboration As of Feb. 2016 日本 （１３機関・156名） 23countries/regions 98 institutions >600 researchers KEK (57) 東京大学 (8) カブリ数物連携宇 宙研究機構 (3) 名古屋大学 (21) 奈良女子大学 (8) 新潟大学 (7) 東北大学 (12) 大阪市立大学 (3) 東邦大学 (3) 首都大学東京 (10) 山形大学 (1) 千葉大学 (2) 核物理コンソーシ アム (21) Europe 262 Austria 13 Czech 6 Asia 313 Germany 96 Saudi Arabia 5 Korea Italy 69 Australia 26 Poland 12 China Russia 44 Slovenia 18 Spain 2 Ukraine 2 America 111 37 Canada 26 Malaysia 7 Mexico 10 22 Vietnam 4 USA 75 India 33 Taiwan 20 Japan 156 Thailand 1 Turkey 2 まとめ • Super KEK Bファクトリーは、日本が世界をリー ドする素粒子研究の最先端分野。世界中か ら600名を超える研究者が参加。 • SuperKEKB加速器で得られる大量のデータを 解析し、新しい物理理論に従う新しい素粒子 の僅かな影響を精密測定により明らかにする。 • 加速器の運転が始まった。そうそうお目にか かれない凄いこと。 • 測定器建設が佳境。京都出身者が活躍して いる。 2015/6/23 26
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