祝ノーベル賞受賞
「小林・益川の理論とは」
小林益川に○を与えた実験
Bファクトリー実験
2008年10月10日
名古屋大学大学院 理学研究科
高エネルギー素粒子物理学研究室(N研)
名古屋大学タウ・プトン物理研究センター
飯嶋 徹
名古屋大学グローバルCOE
「宇宙基礎原理の探求」
小林さん。。。
2006年12月 CKM国際会議
(野依学術交流館)
2005年8月 KEK見学会
(名大理学部学生+留学生)
サインください。
昨日(KEK)
2
益川さん。。。
ビデオ(NHKニュース、益川さん記者会見)
• 大してうれしくない。だって…我々の言ったことが正しいという
のは、2002-03年の実験で確立した。科学者としてはこれ
が一番重要なことなんです。
• この実験の内容をお話します。
3
CP対称性の破れの歴史
• 1964年 K中間子の崩壊で発見
• 1973年 小林-益川理論
– クォークが6種類あればCP対称性は必然的に破れる。
– 当時知られていたクォークは3種類後に全て発見された。
• 1981年 三田らがB中間子崩壊で大きなCPの破れ
を予言。
Bにおける大きなCPの破れ
は、小林‐益川理論を含む
標準理論の最終課題のひ
とつ(だった)。
4
現在の素粒子標準理論
物質構成粒子
(フェルミオン)
クォーク
力を媒介する粒子
(ボゾン)
電磁相互作用
強い相互作用
レプトン
弱い相互作用
3世代構造
反粒子の存在
q  q , e  e , ve  ve , ...
全ての素粒子には、質量や寿命などが同じだが、
符号の異なる相棒(反粒子)が存在する。
5
B中間子
bd
bd
B中間子
反B中間子
質量は陽子の約5倍程度
寿命は0. 000 000 000 00153 秒(1.53ピコ秒)
Bファクトリーで崩壊の違いを精密に測る。
6
クォークの“壊れ方” CPの破れのもと
2
Q
3
1
Q
3
b(s,d)
 u  c   t 
 d   s  b 
     
u
V*ub(s,d)
W
bc
bu
-
重いクォークから軽いクォークへの変化で波の位相が変化する。
7
B中間子の崩壊は“二刀流”
• 木の形
b
B
W
0
c J /

c
s
d
d
KS
B 0  J / K S
• 箱+木の形
t
b
B
0
W
d
B
W


t
d
d0
W
b
B0  B0  J / KS
KS
s
c
J /
c
8
Bファクトリー(B工場)での測定
電子-陽電子衝突で大量のBB中間子対を生成する。
J /
B
電子(8GeV) e

e

B
陽電子(3.5GeV)
e
J /
この違いを検出
B
電子(8GeV)e
K0

e
B
K0
陽電子(3.5GeV)
e
9
実験のがんばりどころ
• B中間子寿命はわずか1.5ピコ秒しかない!
– 1ピコ秒=0.000000000001秒
– 飛行距離は20ミクロン程度。
• 非対称エネルギー衝突(8GeV電子+3.5GeV陽電子)
• B中間子が前方に勢いよく飛び出す。
寿命が延びる
• 飛行距離は200ミクロン程度。
最先端の技術を使えば測定可能
非対称的衝突
加速器の挑戦
• 見たい崩壊(B0J/Ks)はめったにおこらない
(10万回に1回)。
• 高輝度(ルミノシティー)の電子-陽電子衝突を実現
• 年間に1億個のB-反B中間子対を生成
“B中間子工場(Bファクトリー)”
KEKB加速器は世界最高強度のマシン
KEKB加速器
e-(8GeV)
e+(3.5GeV)
12
KEKB加速器
e-(8GeV)
e+(3.5GeV)
ルミノシティー
1.7 x 1034 cm-2s-1 !
年間約2億対のBBを生成。
13
日米の熾烈な競争
• 米国SLAC研究所のPEP II/BaBar実験とのルミノシ
ティーの比較
KEKB
PEP II
“太る”ビームとの闘い
大電流との闘い
Belle測定器
17
Belle 国際研究チーム
ブドカー研究所
チェンナイ数理科学研究所
千葉大学
チョンナム国立大学
w
w
w
w
ww
シンシナチ大学
ww
イーファ女子大学
ギーセン大学
w
ギョンサン国立大学
w
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
KEK
コリア大学
クラコウ原子核研
京都大学
w
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
w w ww
w
奈良女子大学
w
国立中央大学
w w
国立連合大学
w
w
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
大阪市立大学
パンジャブ大学
w
w
ペキン大学
ピッツバーグ大学
プリンストン大学
理化学研究所
世界14カ国の59の
研究機関・大学から
約360名が参加
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 w
タタ研究所ww
東邦大学
東北大学
東北学院大学
東京大学
東京工業大学
東京都立大学
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
B中間子崩壊の観測
中央飛跡検出器
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エアロジェル検出器
• 同じ運動量でも質量の違いによって粒子の速度が違う。
– K中間子の質量はp中間子の約3倍
• 適当な屈折率の透明物質を使えば、チェレンコフ光発生の有無
で粒子の種類がわかる。
• Belleでは、シリカエアロジェルという特殊な物質を使う。
B中間子崩壊点再構成
シリコンバーテックス検出器
B崩壊におけるCPの破れの発見
B  J / K S
0
2006年(532M BB)
2001年(31M BB)
sin2f1= 0.642 ±0.031 (stat) ±0.017 (syst)
0 tag
B
_
B0 tag
23
わかったこと+深まる謎
• 小林・益川理論の正しさ(クォークの世界の粒
子・反粒子非対称の理由)
• 小林・益川だけでは、宇宙の物質優勢を説明
できない。非対称が足りない。
• 小林・益川メカニズム以外のCP非対称の源
が必要(新しい物理が必要)。
• 今後の研究は新しい物理の証拠探しへ!
24
新しい物理の探索
• 不確定性関係
E   t 
B中間子崩壊の中間状態に重い粒子が登場する。
t
b
B
0
W
d

d
W
t

B
0
b
トップクォークやW粒子以外の効果が見えないか?
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稀な崩壊におけるCPの破れ
• 「ペンギン崩壊」と呼ばれる量子ループを伴う
崩壊は“新しい物理”に感度が高い。
標準理論のペンギン過程
新物理のペンギン過程
X(新粒子)
未知の物理過程との干渉  CP対称性の破れのずれ26
スーパーBファクトリでは
fKs
新しい物理
J/Ks
標準理論
もし真の値が、現在(昨年8月)のBelleとBaBarの平均値
のままで、5 ab-1のデータがあると、 fKsモードだけで
6.2sの有意な差が観測できる
タウ・レプトンの崩壊と新物理の探索
• クォークでは混合とCPの破れがある。
• ニュートリノにも混合(振動)。 CPの破れは?
• 荷電レプトンでは ???
e
e


?


?
0



 (e )
 ( e)
(ml2 )23(13)
28
スーパーBファクトリー
現在の約50倍のビーム強度
約1036 cm-2s-1
5年で10倍!
29
小林さんのメッセージ(昨日)
30
まとめ
• Bファクトリー実験で小林益川理論を検証!
• 次のチャレンジ=夢は「小林益川を超える」、
「小林益川が説明できない現象」の発見!
スーパーBファクトリー や LHC実験
次なるノーベル賞へ!
若者よ 来たれ!
31
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