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　　セ 　ル　 ン　　　　　　　　 エル エイチ シー

C E R N と L H C 計画

2012 ・ 8 ・ 21

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CERN( セルン）研究所・ 1954 年に発足した。・加盟国：　ヨーロッパ２０カ国・年間予算：　約 1,000 億円・職員：　約 2,500 人・ユーザー：　約 10,000 人（世界 71 カ国から）・ 1990 年　 WWW を発明した。・ 15 年かけてＬＨＣ加速器を建設し、現在運転中。

周長　 26.6 km

主な実験装置ATLASCMS

ALICELHCb

計画承認 1994建設完成 2008

建設コ費～１兆円

LHC ( Large Hadron Collider ) 　

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1995 年 6 月 23 日 に与謝野馨文部大臣が CERN 理事会に出席し日本によるLHC 建設協力を表明した（非加盟国の中では日本が最初）。その後も日本は資金協力を行い、総計 138.5 億円の建設資金協力を行った。

与謝野文部大臣CERN DG

Chris Llewellyn Smithダルマ

CERN 理事会における日本政府代表

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CERN を利用するユーザーの国別分布（ 2011 年 6 月 27 日現在）

71 カ国から 10482 名

加盟国： 62 %

オブザーバー国：29 % （日本 1.8 % ）

　　国別順ではアメリカ　 1786 名イタリア　 1406 名ドイツ　　 1220 名ロシア　　 822 名フランス　 905 名イギリス　 732 名　　・・・・・・　　・・・・・・日本　　　 190 名

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水分子（ H2O ） 酸素原子（ O ）

陽子（ p ）

電子（ e ）

中性子（ n ）

ud

u

udd

クォーク

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物質は何から出来ているか？

　　　　　　強い力　 > 　電磁気力　　 > 　弱い力　>>> 　重　力　　　　　　　　　　　　　

原子核を作る

自然界に存在する４つの力

光・原子・分子・結晶・半導体・電波・雷・・・・

原子力・原爆・水爆・太陽・・・放射能

落下りんご月・太陽・星・・・体重

8ヒッグス粒子がなくてはならない！

力を伝える粒子：　　グルーオン　　　　光　　　　　　Ｗ、Ｚ粒子　　　　　 グラビトン

その粒子の質量 : 　　　　 0 0 陽子の 100 倍　 　　　 0

なぜか？

ヒッグス粒子のみ未発見。この発見が LHC 計画の主目的。

素粒子

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mg=0

mg=0

mW=80 GeVmZ=91 GeV

S. ワインバーグ , 　　 A. サラム , 　　 S.グラショー　

1979

電弱理論の提唱

R. ブラウト F. エングラー , P.ヒッグスヒッグスメカニズムの提

唱

南部陽一郎

2008自発的対称性の破れの提唱

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標準理論の方程式ヒッグス場（赤い部分）がないと

素粒子が質量を持てない。

CERN の T-shirt( お土産グッズ）

• 本来、粒子の質量はあってはならない。　←理論（対称性）の要請• 現在の真空はヒッグス場で満ちている。　←南部のアイデアが素になってい

る。• W/Z やクォークはヒッグス場に引かれ質量をもつ。光はヒッグス場を感じな

い。• ヒッグス場があるとヒッグス粒子が存在するはず。

クオーク

光速 光速

レプトン

　現　在

W光速

レプトンクオーク

光速よりも遅い光速よりも遅い

抵抗抵抗

W 光速よりも遅い

抵抗

ヒッグス場の海

光光 光速

宇宙初期

ヒッグス場による質量の創生

相転移

註：　実は　陽子の質量　 = 　クオークの質量（２％）＋強い力（９８％） 11

アインシュタインの質量エネルギー等価式

E = MC2

エネルギー 質量 光速

エネルギー 質量 ：原子力・原水爆　核融合・太陽 / 星

エネルギー 質量 ：加速器・ビッグバン

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（註１）広島の原爆では 1kg のウラン 235 が核分裂して 0.7g の質量がエネルギーになった。（註２） LHC のエネルギーでは陽子の約 1 万倍の質量をもつ粒子を作り出せる。

加速器の原理

電場で加速する

（フレミングの左手の法則）

陽子

力)( BυEF e 力

磁場

電流

磁場で曲げる

ビーム

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加速器の主要素：超伝導電磁石

1232 台の超電導電磁石がビームを曲げる。 14

建設中のアトラス実験装置　 2005 年 11 月 15

ATLAS : 日本が担当者た検出器の例　端部ミューオントリガー装置 ( 日本＋イスラエル＋中

国 )

神戸大学

つくば市

セルン地上 セルンの地下実験ホール

つくば市

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LHC 建設に貢献した主な日本企業推定規模

億円( 註 )

古河電気工業 LHC 加速器 超伝導ケーブル ～ 20*

新日本製鐵 LHC 加速器 双極電磁石の特殊ステンレス材 ～ 50*

東芝 LHC 加速器 収束用超伝導四極電磁石 ～ 15*

ＪＦＥスチール LHC 加速器 電磁石用非磁性鋼材 ～ 5*

カネカ LHC 加速器 電磁石用ポリイミド絶縁テープ ～ 10*

IHI (+Linde) LHC 加速器 低温ヘリウムコンプレッサー ～ 20*

東芝 アトラス 超伝導ソレノイド ～ 10

浜松ホトニクスアトラス ,CMS, LHCb

シリコン検出器 , 光電子増倍菅 ,光検出ダイオード

～ 10

川崎重工業アトラス ,CMS

LAr カロリメター容器 , 鉄構造体 ～ 10

林栄精器 アトラス ワイヤーチェンバー ～ 5

東芝 アトラス 信号読み出し集積回路 ～ 2

ソニー アトラス 検出器信号アンプ ～ 1

ジーエヌディー

アトラス トリガー用電子回路 ～ 1

フジクラ アトラス 耐放射線性光ファイバー ～ 1

クラレ アトラス シンチレーションファイバー ～ 1

有沢製作所 アトラス 銅箔ポリイミド電極シート ～ 1

新日本製鐵

古河電気工業

東　芝

浜松ホトニクス（註）推定規模は、部分的な情報から推定しており、実際の契約額と相当にずれている可能性があります。あくまでも企業の貢献の規模の目安にすぎません。＊印は日本による建設協力資金が使用された事を示す。　　 17

実際に観測されたイベントの例。このような衝突が毎秒２千万回起こっている。18

ヒッグス粒子が発生すると

４本の高エネルギーのミュー粒子（→矢印）が出てくる。 19

mm

m

m

ヒッグス粒子さがしの現状　

　観

測さ

れた

イベ

ント

数

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[ 公式発表 ] ２つの実験チームはヒッグス粒子とみられる新粒子を質量 125 ～ 126 GeV 付近に観測した。

ヒッグス粒子の質量 [GeV] ヒッグス粒子の質量 [GeV]

アトラス実験チームの結果 CMS 実験チームの結果

銀河クラスターの衝突重力レンズ効果

３ °Ｋ宇宙背景輻射

銀河の回転速度

銀河クラスターの運動

我々の宇宙の４％しか理解してない！

暗黒エネルギー

暗黒物質

光を出す通常物質

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LHC で発見されるかも

超対称性粒子があると大統一が可能になる。

でも超対称性粒子はまだ１つも見つかってない。

2

1spin)(

暗黒物質の有力候補

ニュートラリーノ

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既に見つかっているもの

日本からの CERN 訪問者の例 2009.5.3 野田聖子　内閣府特命担当大臣　他内閣府より９名　

　野田国務大臣訪問時の写真は　　 http://atlas.kek.jp/sub/photos/CERNVisitors/2009/　右のページに掲載：　　　　　　　　　 http://cdsweb.cern.ch/record/1175345 　

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ま　と　め１．セルン（ CERN ）を全世界からの研究者が使っている。

２．物質はクォークとレプトンから出来ている。　　その間に働く力は４種類ある。

３．超電導を使った加速器で新粒子を作る（ E→mc2 ）。

４．ヒッグス粒子とみられる新粒子が観測された。　　5. 　ビッグバン直後の物理法則を研究している。　　超対称性粒子や暗黒物質も発見されるかも。

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