COE21「量子ナノ物理学」特別コース COE量子ナノ物理学連続講義 坂井典佑東京工業大学大学院 素粒子理論 の課題 2015/10/1 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 1 素粒子物理学 基本粒子は何か？ 基本法則は何か？ 宇宙 百億光年 2015/10/1 原子 １億分の１センチ 基本粒子 <10兆分の１センチ 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 2 基本粒子はクォーク 陽子 原 子 核 アップ・クォーク ダウン・クォーク 中性子 2015/10/1 クォーク ＝ 基本粒子 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 3 強い力 2015/10/1 陽子・中性子の中に クォークを束縛する力 強い力 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 4 弱い力 2015/10/1 放射線 アルファ線(ヘリウム原子核) ガンマ線(短波長の電磁波) ベータ線(原子核がゆっくり崩壊) 中性子 陽子 + 電子 + ニュートリノ パリティの破れ(左右非対称) ＣＰの破れ（時間反転の破れ） 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 5 自然界の四つの力 強い力 電磁気力 弱い力 重 力 2015/10/1 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 6 基本粒子 クォーク 強い力も働く アップ・クォーク，ダウン・クォーク，・・・ レプトン 強い力は働かない 電子，ニュートリノ，・・・ 2015/10/1 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 7 電磁気力と光子 電子 光子 2015/10/1 電磁気力 クォーク 力は「ゲージ粒子」の交換で生じる 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 8 強い力 クォーク グルーオン 強い力 (色) クォーク 2015/10/1 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 9 弱い力 アップ・クォーク ダウン・クォーク 電子 Ｗ粒子 反電子ニュートリノ 2015/10/1 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 10 重力 クォーク 重力子 重力 クォーク 2015/10/1 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 11 標準模型 2015/10/1 強い力 電・弱力 SU(3) SU(2)xU(1) ゲージ理論による力の統一 弱い力をなかだちするゲージ粒子 Ｗ粒子・Ｚ粒子 陽子の百倍の重さ １９６７年予言 １９８３年発見 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 12 クォーク・レプトンは何種類か ３世代の物質粒子 クォーク アップ ダウン トップ ボトム レプトン ニュートリノ 電子 2015/10/1 チャーム ストレンジ ニュートリノ ニュートリノ ミュー粒子 タウ粒子 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 13 実験的手がかり ニュートリノ質量と振動 ＣＰ非保存と重いクォークの崩壊 ヒッグス粒子探索 暗黒物質の探索 2015/10/1 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 14 標準模型を越える 統一理論 強い力 SU(3) SU(2) 電弱力 U(1) 陽子の百倍 ゲージ階層性 2015/10/1 エネルギー 陽子の１億倍の１億倍 大統一理論のエネルギー 超対称性 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 15 重力を含む統一理論 重力 くりこみ不可能 時空の１点 ひろがった「もの」 2015/10/1 弦理論 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 16 超弦理論 2015/10/1 安定性 超対称性 超弦理論 すべての力を含む すべての基本粒子を含む パラメターのない理論 の可能性がある 実験事実でテストできる予言は まだこれから 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 17 ゲージ階層性 Ｗ粒子の質量(100GeV)が基本理論の 質量スケールに比してたいへん小さい 大統一理論 1,0000,0000,0000,0000 GeV 量子重力 1000,0000,0000,0000,0000 GeV 2015/10/1 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 18 ゲージ階層性問題 の三つの解 １．複合ヒッグス粒子模型 (テクニカラー) ヒッグス場は基本場としては存在しない。 ヒッグス場はテクニクォークの複合状態。 クォーク・レプトンに質量を与え、実験事実に矛盾しな い模型を作るのは今のところ困難 2015/10/1 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 19 ２．超対称性 ヒッグス粒子の質量が小さいことを対称性の 結果として理解する スピン０ スピン1/2 ヒッグス・スカラー ヒグシーノ m=0 超対称性 m=0 カイラル対称性 大統一理論のスケールまで摂動論的に扱える 2015/10/1 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 20 3. 余剰次元模型 (ブレーンワールド) 我々の４次元時空は高次元時空の中の 壁状の場所(ブレーン)であると仮定。 クォーク・レプトン・ゲージ粒子などはブ レーンに局在。 重力だけは高次元時空に広がっている。 ー＞ゲージ階層性は存在しない。 2015/10/1 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 21 ブレーンワールド 高次元時空の中のブレーン 我々のブレーン 2015/10/1 他のブレーン 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 22 ソリトンとしてのブレーン 「ブレーン」はソリトンとして得られるか？ ソリトンの上に粒子は局在できるか？ 超対称性があると助けになる。 1)部分的に超対称性を保存すると自動的に場 の方程式の解になる。 2)残った超対称性は現実的な超対称模型を作 るのに役立つ。 2015/10/1 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 23 非摂動効果 強い力=SU(3)ゲージ理論 クォーク・グルーオンは単体で観測されない。 ー＞閉じ込め （非摂動効果） 超対称理論で非摂動効果の研究が進んだ。 磁気単極子・インスタントン等のソリトンが重要 ソリトンの研究が必要 2015/10/1 坂井典佑 東京工業大学大学院 理工学研究科 24
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