Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.
ヒッグス粒子発見で              分かったことと分からないこと                高エネルギー加速器研究機構                カブリ数物連携宇宙研究機構                    野尻美保子13...
事       象       の       数              γ線2つの運動量から予想される親粒子の質量                                      NY Times13年4月13日土曜日
1. ミクロの世界のルールと私たちの暮らし              2. ヒッグス粒子あれこれ              3. ヒッグス理論にかけているもの              4. 標準模型を越える物理はみつかるか13年4月13日土曜日
1. ミクロの世界のルールとわたしたちの暮らし              私の専門 「素粒子論/素粒子物理」              •   物→分子→原子→原子核+電子→クオーク、グルーオン、                     ものの...
素粒子とはなにか                    電子    電荷 -1              原子     重さ水素原子の 1/2000 0.0005 GeV                                     ...
素粒子に働く力: 重力と電磁力                                          物質は引き合う          •   重力と電磁力               もっとも身近な力              •...
「弱い力」と「強い力」                                 弱い力      •   「弱い力」の例                     太陽でおこる核融合          •   陽子2つ→重水素+陽電子+ニ...
物質粒子と力を伝える粒子        とても重いトップクオーク                                   (水素原子の180倍)         陽子、中性子          の中にいる              ...
太陽の反応と量子力学                              e              陽子                  反ν                                             ...
2.標準模型の                        ヒッグス粒子あれこれ      重たい素粒子達                            Z ボゾン91GeV              ヒッグス粒子          ...
「物にはなぜ重さがあるか」              ... ということは普通はあまり                   考えない        素粒子の相互作用を調べていたら、物に重さがない                 ほうが、理論がき...
弱い力に隠れた「対称性」              粒子の崩壊は2つの粒子       組を中心に組み立てられている.               このペアの性質が              「とても良く似ている」               ...
質量が0に理論では         •    アップクオーク/ダウンクオークの区別がない                    レプトンとニュートリノの区別がない         •    力の粒子はすべて質量がなく、お互いの区別もつかない  ...
区別を付けるには、                         向きを決めないといけない                             上           上                             下    ...
区別を付けるには、                         向きを決めないといけない                             上              上  粒子の世界に「向き」「区別」のつ  いた土台(真空)を作っ...
ヒッグスポテンシャル                  φが0なら                  高い対称性               でも「場」として空間全体               に存在するほうが安定13年4月13日土曜日
量子力学 「粒子=波」              4                                         0.5*cos(x)+2                                           ...
粒子が重くなるわけ    •   ヒッグス場は特定の力の粒子しか           SU(2)xU(1)        通せない.                                                        ...
3 ヒッグス理論に              欠けているもの13年4月13日土曜日
ヒッグスポテンシャルの安定性問題       1. ヒッグスの書いた “ポテンシャル”              (遠くにいくほど高くなる)         2. どこかで一定になくなる          1       3. 遠くにいくとまた...
determination of the stability bound eq. (1) which is about ±1 GeV. The major part of his uncertainty originates from the ...
本当に安定な真空ははるか              かなたにあって今の空間は、              たまたま小さいくぼみに                引っかかっている                                  ...
「向こうにおっこったら」                           どうなるか              •   「ヒッグス場」全体が運動するので真空から「エ                  ネルギー」がわき出した形になる     ...
昔こういう怖いことが本当にお         こった(インフレーション)       ヒッグスはどうしてイ       ンフレーションをおこ                   ビッグバン              していないか??   真空の...
階層性問題        •     ヒッグスのポテンシャルは、トップ粒子、ゲージ粒子の存在によって、強烈に変              形される.この効果はトップ粒子が「量子力学的」に「短距離」で生成される              不安定性...
トップクオークに              埋め立てられた              ポテンシャル                       100000000000000倍深い                                ...
 ヒッグスポテンシャルの    不安定を解決する超対称理論      •   標準模型の粒子にたいして                                             パートナー粒子=超対称粒子が            ...
 超対称模型と階層性問題   超対称粒子が                             全部取り消し      トップクオークに起因          する不安定性を     超対称粒子が打ち消し              てくれる...
超対称模型と力の統一              • 超対称粒子が存在すると、三つの力の大きさがごく短い               距離では全くおなじ              • 3つの力が一つの力で説明可能 (大統一理論)         ...
宇宙にある物質の量              •   未知の素粒子が確実に存在する。              •   「超対称粒子」の中でも一番軽いものはダークマター13年4月13日土曜日
ダークマターの証拠                                        X 線等の                                        活動領域  重力レンズで決めた物質分布         ...
「標準理論では説明できない物理」              は見つかるか13年4月13日土曜日
加速器技術の進展     LHC 13TeV                                LHCは27Kmのリング                     LHC 8TeV                    LHC 7Te...
衝突ででてきた粒子をはかる               ヒッグスからくるγ線を                とらえた検出器13年4月13日土曜日
Couplings                                                         !                                              Higgs com...
超対称粒子のとらえかた                             DM              Missing PT                   New particle                  超対称粒子  ...
実はみんな困っている                    ヒ                    13TeVoff diagonal part                    ッ               LHC でも届かない   ...
ダークマターの役割         密度                    •   宇宙初期は普通の物質はお互いにぶ          密度                        つかりあって殆ど動けない              ...
Xenon100              気体                              電圧        液体 Xe                               光電増倍管       ダークマター    ...
ダークマター探索     暗            10-3                 DAMA                                                                超対称理論  ...
宇宙線とダークマター    陽電子の数/ (電子と陽電子の数)                        4月に発表された最新データ                         反粒子比率がどんどん上昇                 ...
ILC 実験                   •   電子陽電子衝突で大量のヒッ                       グス粒子を生成                   •   ヒッグスが壊れる先を精密に              ...
まとめ        •     ミクロの世界は私たちの暮らしに直結している        •     ヒッグス粒子はみつかったけど、ヒッグス粒子に              対する理解はこれからの課題        •     未知の素粒子は...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

2013柏

4,535 views

Published on

  • Be the first to comment

2013柏

  1. 1. ヒッグス粒子発見で 分かったことと分からないこと 高エネルギー加速器研究機構 カブリ数物連携宇宙研究機構 野尻美保子13年4月13日土曜日
  2. 2. 事 象 の 数 γ線2つの運動量から予想される親粒子の質量 NY Times13年4月13日土曜日
  3. 3. 1. ミクロの世界のルールと私たちの暮らし 2. ヒッグス粒子あれこれ 3. ヒッグス理論にかけているもの 4. 標準模型を越える物理はみつかるか13年4月13日土曜日
  4. 4. 1. ミクロの世界のルールとわたしたちの暮らし 私の専門 「素粒子論/素粒子物理」 • 物→分子→原子→原子核+電子→クオーク、グルーオン、    ものの「より細かい構造」を調べる • 素粒子に働く「物理法則」を調べる • 宇宙の始まりを調べる ことを目的とする科学と技術13年4月13日土曜日
  5. 5. 素粒子とはなにか 電子 電荷 -1 原子 重さ水素原子の 1/2000 0.0005 GeV クオークと 陽子・中性子 グルーオン 素粒子 質量 0.93GeV 電荷 1 2/3 2/3 電荷 0 -1/313年4月13日土曜日
  6. 6. 素粒子に働く力: 重力と電磁力 物質は引き合う • 重力と電磁力  もっとも身近な力 • 重力:太陽系→銀河系→銀河団.  長距離まで届く力 • 電磁力 遠くまでとどく「電磁波」は 光 コミュニケーションを支える • ミクロに考えるとこれは素粒子に働く力 • 力を伝える粒子の「交換」 電磁波も光の仲間13年4月13日土曜日
  7. 7. 「弱い力」と「強い力」 弱い力 • 「弱い力」の例            太陽でおこる核融合 • 陽子2つ→重水素+陽電子+ニュー トリノ           • 「強い力」太陽の出す熱のもと • 重水素+陽子→ヘリウム3→ヘリウ ム4(強い力。早い反応(3秒)と 高い熱の発生) どちらも「力を伝える粒子が存在」 強い力13年4月13日土曜日
  8. 8. 物質粒子と力を伝える粒子 とても重いトップクオーク (水素原子の180倍) 陽子、中性子 の中にいる 光 素粒子 クオーク 強い力 ニュートリノ 弱 い レプトン 力 原子核の 周りにいる +ヒッグス粒子 素粒子13年4月13日土曜日
  9. 9. 太陽の反応と量子力学 e 陽子 反ν 1)陽子同士の反発力 重たいW 粒子が 陽子 重水素 をはねのけ • 普通の理解(古典力学)では絶対におこら 2.W 粒子を ない反応 やり取り • エネルギー的に存在できない粒子でも量子 トンネル効果 力学では短時間は存在可能 →ここをついて 反応がおこる • 太陽の寿命は量子力学で決まっている.13年4月13日土曜日
  10. 10. 2.標準模型の ヒッグス粒子あれこれ 重たい素粒子達 Z ボゾン91GeV ヒッグス粒子 126GeV トップクオーク   一番重い 175GeV! W ボゾン 80GeV13年4月13日土曜日
  11. 11. 「物にはなぜ重さがあるか」 ... ということは普通はあまり 考えない 素粒子の相互作用を調べていたら、物に重さがない ほうが、理論がきれいだった13年4月13日土曜日
  12. 12. 弱い力に隠れた「対称性」 粒子の崩壊は2つの粒子 組を中心に組み立てられている. このペアの性質が 「とても良く似ている」 d u 反ν e-13年4月13日土曜日
  13. 13. 質量が0に理論では • アップクオーク/ダウンクオークの区別がない       レプトンとニュートリノの区別がない • 力の粒子はすべて質量がなく、お互いの区別もつかない 区別がない=対称性 完全な白紙 どっちが北?どこからスタート? どっちが上13年4月13日土曜日
  14. 14. 区別を付けるには、 向きを決めないといけない 上 上 下 下 2つの矢印はちがうほうを向いているように見える • SU(2) x U(1) • SU(2) 球の持つ対称性 きれいな球の表面はどこからみてもおなじ • U(1) 輪っかのもつ対称性 輪っかの表面はどこをみてもおなじ13年4月13日土曜日
  15. 15. 区別を付けるには、 向きを決めないといけない 上 上 粒子の世界に「向き」「区別」のつ いた土台(真空)を作っているのが 下 下 Higgs 粒子 2つの矢印はちがうほうを向いているように見える • SU(2) x U(1) • SU(2) 球の持つ対称性 きれいな球の表面はどこからみてもおなじ • U(1) 輪っかのもつ対称性 輪っかの表面はどこをみてもおなじ13年4月13日土曜日
  16. 16. ヒッグスポテンシャル φが0なら 高い対称性 でも「場」として空間全体 に存在するほうが安定13年4月13日土曜日
  17. 17. 量子力学 「粒子=波」 4 0.5*cos(x)+2 0.5*cos(x) 0 2 3 ヒッグス粒子は「真空期待値」の周りの振動 2 1 0 普通の粒子は0の周りに振動 -1 -2 -10 -5 0 5 1013年4月13日土曜日
  18. 18. 粒子が重くなるわけ • ヒッグス場は特定の力の粒子しか SU(2)xU(1) 通せない. U(1)Q • 光はヒッグス場を感じない 粒子発生 • W粒子はヒッグス場を感じる ので通りにくい • ヒッグス粒子は重たい粒子で あるW, Z や、重たい粒子を介 しておこる反応(ヒッグスからγ 線2つ)などで発見される 10-18 m13年4月13日土曜日
  19. 19. 3 ヒッグス理論に 欠けているもの13年4月13日土曜日
  20. 20. ヒッグスポテンシャルの安定性問題 1. ヒッグスの書いた “ポテンシャル” (遠くにいくほど高くなる) 2. どこかで一定になくなる 1 3. 遠くにいくとまた低くなる 2 どれが正しい? 3 トンネル効果注意13年4月13日土曜日
  21. 21. determination of the stability bound eq. (1) which is about ±1 GeV. The major part of his uncertainty originates from the the QCD threshold corrections to the coupling λ which re known at the two-loop accuracy [6, 7]. It is conceivable that, by the time the ILC will 正解 3be operating, the theoretical uncertainty will decrease provided more refined calculations f these threshold corrections beyond NNLO are performed. The situation is illustrated in Fig. 1 where the areas for absolute stability, metastability8 ヒッグスの期待値は中途半端なところにひっかかってるが、 nd instability of the electroweak vacuum are displayed in the [MH , mpole ] plane at the 95% t onfidence level. The boundaries are taken from Ref. [6] but we do not include additional 宇宙の年齢くらいのあいだそこにいることができる? ines to account for the theoretical uncertainty of ∆MH = ±1 GeV (which could be reduced n the future) and ignore for simplicity the additional error from the αs coupling. 182 ト もっとやばい3 180 EW vacuum: ッ 不安定 unstable 178 プ 3 176 mpole [GeV] ク 95%CL 174 2 ォ meta- 準安定 172 stable | 1 t ク 170 の 168 安定 stable ILC 質 166 LHC Tev⊕lHC 量 164 120 122 124 126 128 130 132 MH [GeV] ヒッグス粒子の質量Figure 1: The 2σ ellipses in the [MH , mpole ] plane that one obtains from the current top quark t nd Higgs mass measurements at the Tevatron and LHC and which can be expected in futuremeasurements at the LHC and at the ILC, when confronted with the areas in which the SM 13年4月13日土曜日
  22. 22. 本当に安定な真空ははるか かなたにあって今の空間は、 たまたま小さいくぼみに 引っかかっている 正解 トンネル効果注意13年4月13日土曜日
  23. 23. 「向こうにおっこったら」 どうなるか • 「ヒッグス場」全体が運動するので真空から「エ ネルギー」がわき出した形になる • ヒッグス場が満ちた真空が他のものに壊れて運動 する粒子がたくさんできる→宇宙の温度が上がる (潜熱)13年4月13日土曜日
  24. 24. 昔こういう怖いことが本当にお こった(インフレーション) ヒッグスはどうしてイ ンフレーションをおこ ビッグバン していないか?? 真空のエネルギー13年4月13日土曜日
  25. 25. 階層性問題 • ヒッグスのポテンシャルは、トップ粒子、ゲージ粒子の存在によって、強烈に変 形される.この効果はトップ粒子が「量子力学的」に「短距離」で生成される 不安定性によって生じる • この効果を取り込むと「ほんとのヒッグス粒子のポテンシャル」はとてつもな く深い ヒッグス粒子にちかずくと トップクオークがどんどん湧いてくる13年4月13日土曜日
  26. 26. トップクオークに 埋め立てられた ポテンシャル 100000000000000倍深い 本当のヒッグス場 のポテンシャル13年4月13日土曜日
  27. 27.  ヒッグスポテンシャルの 不安定を解決する超対称理論 • 標準模型の粒子にたいして             パートナー粒子=超対称粒子が 超対称粒子 ある理論 トップクオークに起因する不安定性を 超対称粒子が打ち消してくれる13年4月13日土曜日
  28. 28.  超対称模型と階層性問題 超対称粒子が 全部取り消し トップクオークに起因 する不安定性を 超対称粒子が打ち消し てくれる13年4月13日土曜日
  29. 29. 超対称模型と力の統一 • 超対称粒子が存在すると、三つの力の大きさがごく短い 距離では全くおなじ • 3つの力が一つの力で説明可能 (大統一理論) より高いエネルギー より短い距離 力が一つに なるところ 10-34m13年4月13日土曜日
  30. 30. 宇宙にある物質の量 • 未知の素粒子が確実に存在する。 • 「超対称粒子」の中でも一番軽いものはダークマター13年4月13日土曜日
  31. 31. ダークマターの証拠 X 線等の 活動領域 重力レンズで決めた物質分布 2006 • 衝突している2つの銀河の集まりを重力レンズで調べてもやっぱりみ えているもと見えているものの分布に大きな違いがある。 • 物質の大半は何も起こさずは通りぬけている。(幽霊?)13年4月13日土曜日
  32. 32. 「標準理論では説明できない物理」 は見つかるか13年4月13日土曜日
  33. 33. 加速器技術の進展 LHC 13TeV LHCは27Kmのリング LHC 8TeV LHC 7TeV テバトロン SPS サイクロトロン http://www.quantumdiaries.org/2011/11/05/the-ponderator-a-one-trick-pony/13年4月13日土曜日
  34. 34. 衝突ででてきた粒子をはかる ヒッグスからくるγ線を とらえた検出器13年4月13日土曜日
  35. 35. Couplings ! Higgs combination results NY Times Marco!Zane9,!HCP!2012,!Kyoto! 24!13年4月13日土曜日
  36. 36. 超対称粒子のとらえかた DM Missing PT New particle 超対称粒子 New particle DM ダークマターがあるとたくさん 「見えない運動量」ができる 超対称粒子の生成13年4月13日土曜日
  37. 37. 実はみんな困っている ヒ 13TeVoff diagonal part ッ LHC でも届かない グ ス 8TeV 粒 LHC 子 の 質 量 このあたりは いろいろ無理 強い相互作用をする超対称粒子の重さ ~6x(ダークマターの重さ)13年4月13日土曜日
  38. 38. ダークマターの役割 密度 • 宇宙初期は普通の物質はお互いにぶ 密度 つかりあって殆ど動けない • ますダークマターが集まる。この 「ダマ」の周りに普通の物質も集 まって、星、銀河、銀河団がで • 我々の周りにはダークマターがたくさ んいる!13年4月13日土曜日
  39. 39. Xenon100 気体 電圧 液体 Xe 光電増倍管 ダークマター • シンチレーション光とイオンを同時に計ることで、ごみを減らす • 測定器は100Kg程度の大きさ 今後 10倍の大きさに 日本ではXmass という実験も13年4月13日土曜日
  40. 40. ダークマター探索 暗 10-3 DAMA 超対称理論 黒 -4 CoGeNT TEXONO 物 10 質 -5 CRESST M1 でありそうな 10 CRESST M2 の 10-6 ところ 原 XENON 100 実験で否定された領域 (pb) -7 子 10 核 10 -8 10-44cm2 へ SI -9 LUX σp の 10 当 10-10 た 10-11 XENON 1T り 易 10-12 さ -13 10 10 100 1000 mχ0 (GeV) ダークマターの質量[GeV ] 1 Figure 5: Spin-independent cross section versus the DM mass m 0 . All the points in the colored13年4月13日土曜日 1
  41. 41. 宇宙線とダークマター 陽電子の数/ (電子と陽電子の数) 4月に発表された最新データ 反粒子比率がどんどん上昇 1) パルサーからでる電子+陽電子 2) ダークマターが対消滅して出る電子陽電子 の可能性を研究中13年4月13日土曜日
  42. 42. ILC 実験 • 電子陽電子衝突で大量のヒッ グス粒子を生成 • ヒッグスが壊れる先を精密に 測って、ヒッグスの中に混 ざってるかもしれない標準模 型を越える物理を探す. • ヒッグスの崩壊からダークマ ター?軽いと予想される弱い 相互作用をする粒子の超対称 粒子を探す13年4月13日土曜日
  43. 43. まとめ • ミクロの世界は私たちの暮らしに直結している • ヒッグス粒子はみつかったけど、ヒッグス粒子に 対する理解はこれからの課題 • 未知の素粒子はすくなくともあと一つは存在する13年4月13日土曜日

×