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加速器と素粒子物理での超?低レイヤー

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第2回カーネル/VM探検隊@つくば(http://www.kernelvm.org/ima-made-no-matome/kernel_vm_tsukuba_2)で話をした超低レイヤーネタ。

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加速器と素粒子物理での超?低レイヤー

  1. 1. 加速器と素粒子物理での超?低レイヤー (3時間で作った手抜き^h^h^hイントロ版) 2014/10/18 @ichimiyar 1
  2. 2. 自己紹介 • Twitter: @ichimiyar です。 • つくば市の某加速器研で加速器をやってます。 • つくばエクスプレスが走る前から、つくば市に 来てました(@関西の学生時代)。 • 高速バスが最高1時間 に6本走った時代… • 上りのバスは東京駅ま で4時間以上掛かったり、 関西に帰れなくなる事も … http://yaplog.jp/koidebus/archive/63より借2 用。
  3. 3. 自己紹介2 • 震災後、周りの物理屋*は御用学者扱いさ れたのに、私は小物過ぎて誰も御用学者扱 いしてくれなかった。(; ;) • なので、Twitterアイコンで自己主張 3 *物理学研究者の自称の一つ。
  4. 4. 自己紹介2 • 震災後、周りの物理屋*は御用学者扱いさ れたのに、私は小物過ぎて誰も御用学者扱 いしてくれなかった。(; ;) • なので、Twitterアイコンで自己主張 • でも、3年経って飽きたのでFacebookアイコン にする(実名垢) 4 *物理学研究者の自称の一つ。
  5. 5. 超低レイヤー(?) • 以前のkernel/vmで@cosmo__ さんが 5
  6. 6. Kernel/VMと言えば 6
  7. 7. 低レイヤーだよね。 7
  8. 8. vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv > 量子力学(第一原理計算)< > (分子状態を計算) < ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ 8
  9. 9. 甘い! 9
  10. 10. vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv > 時代は素粒子! < ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ 10
  11. 11. 2012年7月4日 ヒッグス粒子発見の発表 新聞がトップ記事として伝えた 引用:CERN アトラス実験グループ11
  12. 12. 12 2012年7月4日CERNはヒッグス粒子(らしきもの)を観測したと発表 (http://cdsweb.cern.ch/record/1462525 より抜粋)引用:CERN アトラス実験グループ
  13. 13. 2013年ノーベル物理学賞受賞者の発表 ピーター・ヒッグス(イギリス) フランソワ・アングレール(ベルギー) 受賞理由: 2013年10月8日 万物に質量を与えるヒッグス粒子の存在を 理論的に予言した(1964年)。 引用:CERN アトラス実験グループ
  14. 14. 水(H2O) 酸素(O) 陽子(p) 電子(e) 中性子(n) クォーク 14 クォーク 分子原子素粒子 引用:CERN アトラス実験グループ
  15. 15. 強い力 磁気力 マックスウエル 電気力 弱い力 地上重力 天体重力 電磁気力 弱い力 重力 量子色力学 電弱理論 一般相対論 大統一? 力の統一= 物理学者の夢 ? 高いエネルギー 宇宙のはじめ ニュートン 現在 15 ヒッグス…… 20 世紀19世紀17世紀 引用:CERN アトラス実験グループ
  16. 16. 引用:CERN アトラス実験グループ16
  17. 17. 周長26.6 km 主な実験装置 ATLAS CMS ALICE LHCb 計画承認1994 建設完成2008 建設費~1兆円 LHC ( Large Hadron Collider ) 引用:CERN アトラス実験グループ
  18. 18. トンネル周長27km エネルギー7+7=14 TeV 8TeV (57 %) ルミノシティ1034 cm-2s-1 7.7×1033 (77 %) 陽子数/バンチ1.15×1011 1.6×1011 (139 %) ビームバンチ数2808 1380 (50 %) ATLAS C M S ALICE LHCb LHC 加速器と実験装置 設計値達成値(%)2012.8.25現在 引用:CERN アトラス実験グループ 2011/4/21 18
  19. 19. 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。 引用: 19 CERN アトラス実験グループ
  20. 20. 建設中のアトラス実験装置2005年11月 引用: 20 CERN アトラス実験グループ
  21. 21. 陽子ビームバンチの形状と衝突 バンチ数は1380個 リング全体で44 兆個の陽子 ~14 cm 0.3mm (衝突点では16 mm) 21 160億個の陽子 衝突回数:毎秒2千万回 アトラス実験で観測された陽子バンチ衝突イベント 15個のpp衝突が見えている 引用:CERN アトラス実験グループ
  22. 22. 日本・英・米などで製造されたシリコン検出器 22 シリコンセンサー 浜松ホトニクス 回路組立 栃木セイコー フレキ回路基板 日本メクトロン(茨城県) 引用:CERN アトラス実験グループ
  23. 23. 見つかったヒッグス粒子の候補イベント https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/AtlasPublic/EventDisplaysFromHiggsSearches を参照 23 H-> Z Z -> m m m m 4本のミュー粒子(赤線)が発生してる。 H -> g g 2つのガンマ線が発生してる。 引用:CERN アトラス実験グループ
  24. 24. シミュレーションでの予想結果 24 2光子崩壊での不変質量分布。黒点がアトラスのデータ で、赤点線がヒッグス粒子がない場合の予想分布。 126GeV付近に盛り上がりが見える(矢印) 4レプトンへ崩壊での不変質量分布。赤が ヒッグス粒子以外からの予想分布、ヒッグス 粒子の質量が125GeVの場合の予想分布。 データ(黒点)はヒッグス粒子が存在する場 合の分布とよく合っている(矢印) 皆さんおなじみの「ファインマン・ダイアグラム」 引用:CERN アトラス実験グループ他
  25. 25. 素粒子シミュレーションの流れ • 各ファインマン・ダイアグラムに対応する素過程を イベントジェネレータにより生成させる。(Alpgen, Pythia, Sherpa, MC@NLOなど) – Parton Showerの生成(Pythia old/new PS, Herwig/Jimmyなど) ↓ • 検出器シミュレータにより、素過程から来る各種 粒子が検出器をどのように反応させるかを計算 する。(Geant4, FLUKA, EGS4/5など) – ビジュアライザも重要なツール。 25 時間不足につき、今回は省略m(_ _)m キーワード: モンテカルロ(MC)、並列処理、データグリッド(クラウド コンピューティング)、ビックデータ、etc..
  26. 26. そして実験結果は 26 ヒッグス粒子の質量は、 125.5±0.2±0.6 [GeV] 2013年3月 H→ γγ H→ ZZ 引用:CERN アトラス実験グループ
  27. 27. まとめ • 素粒子物理は究極の低レイヤー(物理)。 • 今、ホット(物理)な世界。 • 巨大な実験装置を用いて、究極の理論を探す「山師 的(金鉱掘り)な」一面も。 – 実験期間が長いので、博士号が取りにくい時期も • 測定データは5-6PByte/年とビックデータ。 – グリッドコンピューティング(今で言うクラウド?) – 実データ解析とシミュレーションは共に大きな計算。 • シミュレータでの計算は1事象約5−6分。 – イベントジェネレータ+検出器シミュレータ • 数万CPUを同時に動かしてスループットを上げる。 27

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