LHCPhysics-V1J, http://atlas.kek.jp/sub/poster/index.html
LHC計画が目指す物理とは
1:ヒッグス粒子の発見
☆ 標準模型
物質はクォークとレプトンからなり、ゲージ粒子が交換されることによって力
(強い力・電磁気力・弱い力)が働きます。この標準模型は 1 ~
1,000,000,000,000 eV(電子ボルト)の非常に広いエネルギー領域で厳密に自
然を記述する唯一の非常に強力な素粒子理論です。
★ しかしヒッグス粒子が見つかってない!
標準模型によるとヒッグス場が存在し、そのおかげでクォークなどの粒子が質
量を持つことが出来ます。ヒッグス場があればヒッグス粒子は最低1個存在す
るはずですがまだ見つかってません。
×
運動方程式がゲージ対称性を
持つことによりくりこみ可能にな
り計算上の発散を回避できる。
標準模型の世界。ヒッグズ粒子のみ未発見
しかし粒子が質量を持つと運動方程
式のゲージ対称性が破れてしまう。
ここが実際の真空
解決策: ヒッグス場による自発的対称性の破れ
基礎方程式はゲージ対称だが、現実世界はその
ゲージ対称性を破っているとする。
グラショー・ワインバーグ・サラムの電弱統一理論
ピーター・ヒッグス
くりこみ理論:朝永振一郎・Feynman・
Schwinger,1965 ノーベル物理学賞
横軸はヒッグス場
ヒッグス先生はゲージ理論では
自発的対称性が破れても質量=0
の南部・ゴールドストーンボゾン
が発生しないことを証明した。
ゲージ対称性:波動関数の位相を任
意の場所で任意に変えても運動方程
式が変わらないこと。
★ ヒッグス粒子はLHC計画で発見される !!
mH は予言できませんが、
・(左図)理論的には mH は100~400 GeVの
ヒッグスの質量
ヒッグス粒子の質量
範囲が最も有力です。
・(右図)LEP実験より 114.5 GeV 以下は存在し
ないことがわかってます。また色々な観測量か
ら間接的にmH の範囲が限定され、200 GeV
以下が有利です。
新しい物理の始まるエネルギー
黄色部分:LEP実験で除外された範囲
アトラス実験では運転開始後3年以内に
標準ヒッグス粒子は発見されるでしょう。
2:標準理論を越える新しい物理の発見
ヒッグス粒子が発見されてもまだ問題が残ります:
・ ヒッグス粒子の質量の安定性(自然性の問題)
・
3つの力が1015GeV付近で大統一できないか?
★ 超対称性理論と超対称性粒子
・ ボーズ粒子(整数スピン)とフェルミ粒子(半整数スピン)
を交換する対称性。
★ 余剰次元の効果
我々の世界が4次元でなく、もっ
と高い次元からなるが、この余剰
次元はコンパクト化されている。
重力は多次元に伝搬しているた
め力が小さく見うる。TeV領域で
空間がコンパクト化されていれば、
・ 通常の粒子とスピンが1/2異なる粒子群が存在する。
LHCで重力の効果が直接観測さ
・ 粒子群が1 TeV領域に存在すれば、高いエネルギー領
れる可能性がある。たとえば極
域で3つの力が一点に交わり大統一が起こりうる。
小のブラックホールが生成され、
・ ヒッグス粒子の質量補正を大幅に緩和できる。
高いエネギーを持った粒子が複
・ 宇宙の暗黒物質の最有力候補である。
数観測される。
・ LHCでは最初の1ヶ月で 1 TeVまでの、最初の1年で 2
TeVまでの質量領域のSUSY粒子を発見できる。
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アトラスシリコン半導体飛跡検出器:ATLAS Silicon-strip Tracking