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

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

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）

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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、新たな研究領域を創成する。

　・ LHC 実験によりテラスケール（ TeV エネルギー領域）　　でのヒッグス粒子や超対称性粒子などの発見を目指す　　　・ 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、テラスケールでの発見ができるのは LHC だけである。

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前人未到のテラスケールでの研究は、このような根本的

問題に挑むことを可能にする

研究の学術的意義

真空の構造

暗黒物質時空の構造

余剰次元

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LHC 加速器と ATLAS 実験

・ LHC は CERN で建設された 14TeV の　　　陽子・陽子衝突型加速器（周長 27km ）・ 超伝導磁石（ 8.3T dipole ）を使用・ 建設に 14 年・ 2010 年 3 月 30 日、 7 TeV でのビーム衝突　　　実験開始（これまでの最高エネルギーは米国 Tevatron の2TeV ）

ATLAS 実験

LHC 加速器

(A Toroidal LHC Apparatus)

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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・ 37 ヵ国、 2990 名の研究者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、　超伝導ソレノイド磁石など、主要部分を建設

ミューオントリガー検出器

内部飛跡検出器

超伝導ソレノイド磁石

ミューオントリガー検出器

内部飛跡検出器（半導体検出器）超伝導ソレノイド磁石

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ATLAS 実験：日本の貢献

LHC Computing Grid地域解析センター

LHC 加速器建設でもビーム最終収束超伝導四極磁石の建設に貢献

・ 14 年にわたる建設とコミッショニングを経て、安定に運転されている・これからの 5 年間は LHC での発見が期待される重要な時期　　　→　物理解析においても大きな貢献をしたい

・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・これまでの実験から、ヒッグス粒子の質量は 115 ～ 200 GeV の間にある　　　と予想されている・ヒッグス粒子の存在は「真空」の概念を変える

ヒッグス粒子（質量の起源）

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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（ 5以上）が可能

H → + 2jets

・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・重力を含む力の統一にも必要　

・力の大統一が実現・暗黒物質の最有力候補

超対称性粒子（ SUSY ）

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 は、 SUSY が存在すれば　暗黒物質ファクトリーとなる　

・予想もされない新しい物理が　出る可能性もあり（エネルギー　フロンティア）、これらは　理論研究に方向性を与える　

・最も重要な物理の成果が期待　されるのがこれからの５年間　　

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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 実験による SUSY 探索

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理論研究テラスケール物理宇宙物理への展開

領域の構成LHC での物理研

究

次世代エネルギーフロンティア加速器実験に向けた基礎研究

・ LHC での発見を　物理の原理に高める　

・超伝導加速器や　最先端の検出器技術　を応用、発展

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LHC での発見を更に発展　→ SLHC, DLHC ：より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

鍵となる技術の集中的な開発研究（例）　

　・新しい超伝導線材： NbTi → Nb3Al　　　臨界電流密度が高く、かつ機械ひずみ　　　にも強い（→ SLHC, DLHC ）　

　・超伝導高周波加速空洞　　　高加速電場勾配の安定的な実現（→ LC ）

次世代エネルギーフロンティア加速器実験に向けた基礎研究

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

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本領域研究は、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 LHC 実験で確実に発見し、それを次世代のエネルギーフロンティア実験へと導く。

　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。

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。

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まとめ

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予備のスライド

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研究組織

X01総括班

（企画調整、広報・アウトリーチ）

公募研究

　　　代表X01 　小林（東大 ICEPP)A01 　浅井（東大理）A02 　徳宿（ KEK ）B01 　藏重（神戸大）B02 　駒宮（東大理）C01 　萩原（ KEK ）

研究分担者・連携研究者は領域全体で 36 名（ 13 の大学・研究所）

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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。

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。

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

経費について