関西中部地方
B中間子の物理研究会
はじめに
1
趣旨
 B中間子(および Bファクトリーでの多彩な)物理に
ついて、素核実験分野の方に興味を持っていただく
 学生・ポスドクの方の就職先の候補として、B実験
について知っていただく
 Belle関西中部地方のactivityをご紹介し、近隣の
大学を中心に交流を深める
[8月31日に関東甲信越地方の研究会開催]
2
小林・益川理論の検証
2008年ノーベル物理学賞
CP非保存:
標準理論の
大きな謎
KM行列の
唯一の複素位相
により起こる
Bファクトリー実験
による検証
3
KEKB加速器
e-(8GeV)
• 世界最高強度を誇る加速器で
大量のB中間子と反B中間子
を生成。
• 主要目的:粒子-反粒子(CP)
対称性の破れの謎を解明。
+
e (3.5GeV)
ルミノシティ
2.11 x 1034 cm-2s-1 !
年間約2億対のBBを生成
4
Belle 国際研究チーム
ブドカー研究所
プラハ・チャールズ大学
チェンナイ数理科学研究所
千葉大学
ハンヤン国立大学
シンシナチ大学
フージェン大学
ギーセン大学
ギョンサン国立大学
ハワイ大学
広島工業大学
北京・高能研
モスクワ・IHEP
モスクワ・ITEP
カールスルーエ大学
神奈川大学
グワハティインド工科大学
マドラスインド工科大学
KEK
コリア大学
クラコウ原子核研
京都大学
キュンポック国立大学
ローザンヌ大学
マックスプランク研究所
ヨセフステファン研究所
メルボルン大学
名古屋大学
奈良女子大学
国立中央大学
国立連合大学
国立台湾大学
日本歯科大学
新潟大学
ノバ・ゴリカ 科学技術学校
大阪大学核理研連合
大阪市立大学
パンジャブ大学
北京大学
KISTI
プリンストン大学
理化学研究所連合
佐賀大学
中国科学技術大学
ソウル大学
信州大学
サンキュンカン大学
シドニー大学
タタ研究所
東邦大学
東北大学
東北学院大学
東京大学
首都大学東京
東京農工大学
トリノ・INFN
富山商船高等専門学校
ウェイン州立大学
ウィーン高エネルギー研
バージニア工科大学
延世大学
世界15 の国と地域, 61大学・機関, ~400 人の研究者
最近一年間に多数新規参加
5
次のステップ
Bファクトリーの成果:標準理論の検証に大きな貢献
CP非保存のメカニズム解明
今日までに確立された標準理論は知られている
現象を正しく記述する理論として大きな成功を収
めたが素粒子の究極理論とは考えられていない。
標準理論のCP非保存では宇宙の物質優勢を
説明できない(数桁小さすぎる)
標準理論の次の階層の新しい物理による
CP非保存の源が必要
6
素粒子物理学の次の挑戦
今日までに確立された標準理論は知られている
現象を正しく記述する理論として大きな成功を収
めたが素粒子の究極理論とは考えられていない。
標準理論を含んだ
より本質的な理論へ
新しい物理法則
超対称性? 高次元理論?
標準理論
いくつかの傍証から新しい物理法則が1TeV
のエネルギー領域にあることがほぼ確実
量子力学
ニュートン
力学
相対性理論
マックスウェル
電磁気学
どのような方法でその手がかりを見つけるか?
どのようにしてその全容解明を行うか?
...が現代の素粒子物理学の挑戦
素粒子物理学 :将来の展望
エネルギー
フロンティア
“多方向からのアプローチ
によって新しい物理法則の
完全解明を図り、未解決の
宇宙の謎を解き明かす。”
LHC, ILC
力の統一へ
の手がかり
超対称性
の理解
CP非対称性, 左右の対称
性, 新物理(超対称性)での
クォーク混合、荷電ヒッグス
の相互作用、τレプトン数の
非保存…
ヒッグス粒子, 超対称性
粒子, 時空構造の新しい
理解…
クォーク
の物理
KEKBの
高度化,K実験
新しい
物理法則の
完全な解明
クォークと
レプトンの
対称性
ニュートリノ
の物理
ニュートリノの質量と混合,
レプトン数の非保存…
T2K, 0bnn…
ニュートリノ
の謎の解明
未解決の
宇宙の大きな謎
加速する宇宙膨張
消えた反物質
暗黒物質の正体
質量の起源
Particle Adventure
より転載
新しい物理探索:二つのアプローチ
SuperKEKB
小林・益川理論で
は不十分
宇宙に反物質が存在
しない理由?
これまでの
KEKBで糸口
CP対称性を破る
未知の物理法則
や相互作用
“ルミノシティロンティアの物理”
(フレーバーの物理)
“エネルギーフロンティアの物理”
標準理論は様々
な理由で不完全
標準理論を超えた
新しい物理法則
ILC
KEKBの高度化
による解明
シナジー
効果
新しい物理法則
の完全な理解
LHC、ILCなど
による解明
LHC
B実験の物理目標・里程
Step1
B中間子でのCP非保存の発見
2001年夏!
2008
Step2
標準(小林・益川)理論の検証
Step3
「新物理」の探索
ヒント(決定打)
(例:超対称性理論) 測定量・方法の確立
LHC: 新粒子発見・質量
SuperKEKB: 性質・相互作用
新物理の解明両方不可欠
約50倍のデータ (L ~1036cm-2s-1 )
10
Colliding bunches
Belle II
New Superconducting /
permanent final focusing
quads near the IP
e- 2.1 A
Nano-Beam
SuperKEKB
e+ 3.7 A
Replace long TRISTAN
dipoles with shorter ones
(HER).
Add / modify rf systems
for higher currents.
Redesign the HER arcs to squeeze
the emitance.
Low emittance gun
Low emittance electrons to
inject
TiN coated beam pipe with
antechambers
Low emittance positrons to
inject
New positron target / capture
section
Luminosity Goal : 8 x 1035 /cm2s
11
詳しくは、このあとの
研究会の講演で
お楽しみ下さい
12
エネルギーフロンティア vs.フレーバー物理
高エネルギー反応による直接生成
量子効果による短時間の生成
~
q
陽子
bクォーク
陽子
~
c
~
g ~ ~ ~
q c n
_
lq q
トンネル効果
エネルギー
フロンティア
Diagonal terms
m

2
q ij

m112 m122
2
21
2
31
sクォーク
2
22
2
32
m132
2
23
2
33
m
m
m
m
m
m
光(γ)
ルミノシティ
フロンティア
Off-diagonal terms
LHCで新粒子が発見
されなくても、より高い
エネルギースケール
の探索が可能
SuperKEKBとLHCの相補性
左手系
弱い相互作用
右手系
未知の相互作用
新しい物理法則でのCP非対称性
新しい物理法則に現れる
荷電ヒッグス粒子
SuperKEKB
高度化したKEKBでの測定:
‐CP非対称性
‐左右の対称性
‐荷電ヒッグス粒子の相互作用
‐τのレプトン数の非保存
など
τのレプトンフレーバーの非保存
ルミノシティ増強
2010
2012
2014
2016
2018
LHC
ヒッグス粒子発見
超対称性粒子候補発見
超対称性粒子続々発見・・・
LHCのルミノシティ
アップグレード
2020
LHCでの測定:
‐超対称性粒子など新粒子の
発見とその性質の理解
‐ヒッグス粒子の発見
など
B中間子でのCP非保存の発見
1137
events
_
B0 tag
B0 tag
14000
signals
Asymmetry
2001年
2006年
31M BB
[PRL 87,091802(2001)]
sin2f1= 0.99  0.14 0.06
535M BB
+y(2S)KS
sin2f1= 0.650  0.029  0.018
[PRL 98,031802(07)+PRD77 091103(08)]
16
Belle実験の主要成果(CPV以外)
エキゾチックハドロンの発見
bgdg 遷移の発見
D0-D0 振動の発見
X(3872)
Z(4430)
B→K*ll 崩壊の発見
5.3
Mbc (GeV/c2)
Bgtn崩壊の発見
17
• Belle II での物理:最先端・重要、豊富
B、タウ、チャーム、ハドロン、…
• テーマ多数:自分が主体となって解析可能
“自分の物理”ができる。
• 「発見」に関わる可能性大。
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