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。

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. 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. 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
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＊物理学研究者の自称の一つ。

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. 超低レイヤー(?)
• 以前のkernel/vmで@cosmo__ さんが
5

6. Kernel/VMと言えば
6

7. 低レイヤーだよね。
7

8. vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv
> 量子力学（第一原理計算)<
> （分子状態を計算) <
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
8

9. 甘い！
9

10. vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv
> 時代は素粒子！ <
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
10

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
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. 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. 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. 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. 引用：CERN アトラス実験グループ16

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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。
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