2014年度原子核物理学 I 第10章：弱い相互作用における対称性の破れ飯嶋徹時空の対称性: C, P, T 対称性 •  C, P, T 変換 –  C (荷電共役, charge conjugation) 粒子⇔反粒子（電荷及び磁気モーメントの符号を反転） –  P (鏡映変換, parity) x ⇔ -x (空間座標のみを反転） –  T (時間反転, time reversal) t ⇔ -t 物理量 C P T •  物理量の変換性位置ベクトル r r -r r 運動量 p p -p -p 角運動量 J J J -J スピン s s s -s ヘリシティ H H -H H 粒子反粒子粒子粒子2 パリティーの破れ •  １９５７年　パリティの破れ –  コバルト原子核のベータ崩壊参考：パイ中間子の崩壊 l − π − νµ J =0 ml = 0 もし　ならば、完全に禁止。有限質量なら混じり合いが起こる。∝ (1 − β ) π + → e + +ν e 1.23 ×10−4 = + + π → µ +ν µ 0.9998770 静止π中間子から出る電子のエネルギー分布 π + → µ + +ν µ e +ν e +ν µ + π → e +ν e + + 参考：ニュートリノのヘリシティー決定 •  M.Goldhaber, L.Grodzins, A.W.Sunyar (1957) 非常に巧妙な実験どんな原理で測ったか？調べてみよう！弱い相互作用における対称性の破れ •  ニュートリノは左巻、反ニュートリノは右巻スピンＰ変換 ν ν ＣＰ変換Ｃ変換 ν ν が、しかし。。。 8 K崩壊におけるCPの破れ •  K0とK0 CP K 0 = K 0 は互いに反粒子 CP K 0 = K 0 •  CP固有状態（K1,K2）： 1 K0 + K0 2 1 = K0 − K0 2 K1 = K2 ( ( ) ) CP K1 = + K1 CP K 2 = − K 2 •  CPが保存すれば K1 → ππ K 2 → πππ 短寿命(Ks): 0.893×10-10 sec 長寿命(KL): 5.17×10-8 sec 9 Fitch-Cronin の実験 V. Fitch J. Cronin 10 Fitch-Cronin の実験結果 π+π-の質量がＫの質量と一致する場合のみ、前方（Ｋの飛来する方向）にピークが見える。 Γ(KL→π+π-)/ Γ(KL→all charged) = (2.0±0.4) x 10-3 2 1/2 K S =(1+ ε ) ⎡⎣ K1 +ε K 2 ⎤⎦ 2 1/2 K L =(1+ ε ) ⎡⎣ε K1 + K 2 ⎤⎦ 11 KEKB加速器 •  世界最高強度を誇る加速器で大量の B中間子と反B中間子を生成。 •  主要目的：粒子-反粒子（CP）対称性の破れの謎を解明。 e-（8GeV) e+（3.5GeV) ルミノシティー 2.1 x 1034 cm-2s-1 ! 年間約2億対のBBを生成 12 小林・益川理論の定量的検証結果 0 tag B _ B0 tag 消えた反粒子？可能なシナリオ… X →q+e X と X の崩壊率の非対称度～Ｏ(10-10) X →q +e 物質優勢の宇宙 10,000,000,001 クォーク 10,000,000,000 反クォーク 14 消えた反粒子？可能なシナリオ… X →q+e X →q +e X と X の崩壊率の非対称度～Ｏ(10-10) 物質優勢の宇宙 1 これが我々！ CP (粒子-反粒子) 対称性の破れが鍵をにぎる。 15 タウ・レプトンの崩壊と新物理の探索 •  クォークでは混合とCPの破れがある。 •  ニュートリノにも混合（振動）。　CPの破れは？ •  荷電レプトンでは　？？？ νe e ντ νµ ? χ 0 τ ? µ γ τ τ  µ (e) µ (e) (m 2l ) 23(13) スーパーBファクトリーで、 τàµ、τàe の混合を最高感度で探索！ 16 ニュートリノ物理 •  Neutrino Oscillation à Non-zero mass •  How heavy are they ? •  How do they mix ? No oscillation Figure from “Symmetry” magazine ν µ →ντ 素粒子と初期宇宙史 10-44力の大統一 Big Bang ! 超弦理論 32 19 10 /10 1028/1015 ゲージ理論 1015/100 10-36 X? ν 1012/0.1 W q 10-5 CPの破れ時間（秒）標準理論 Z l クォーク/レプトン q ν ニュートリノ新しいハドロン状態 q QGP (クォーク・ q q q 温度/Ｅグルーオン・プラズマ）（Ｋ/ＧｅＶ） WMAP衛星ダーク・エネルギー (73%) ダーク・マター(23%) 物質優勢宇宙新しい物理 10-10 ~1 TeV 超対称性 H ヒッグス l 宇宙論・宇宙物理 q q q ハドロン qq q q q 元素合成 p n 原子核 n p