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杉山　弘晃

素粒子の質量. 宇宙の質量. 杉山　弘晃. 京都産業大学　益川塾　博士研究員. 天文学講座＠神山天文台、 2014 年５月１７日. もくじ. 益川塾ってどんなところ？. 素粒子. 細かくしてみよう. “ ちから” ( 相互作用 ) も素粒子. 役に立つの？. 素粒子の質量. ＬＨＣ実験でのヒッグス粒子発見. ヒッグス場と素粒子質量. 宇宙の質量. 暗黒物質. 益川塾ってどんなところ？. ２００８年に益川さんに訪れた 「とある事件」 ( 益川さん談 ) によって設立. 毎年塾生を募集して、１号館の４階で 主に「 素粒子 物理学理論」を研究しています.

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杉山　弘晃

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Presentation Transcript

  1. 素粒子の質量 宇宙の質量 杉山　弘晃 京都産業大学　益川塾　博士研究員 天文学講座＠神山天文台、2014年５月１７日

  2. もくじ • 益川塾ってどんなところ？ • 素粒子 細かくしてみよう “ちから”(相互作用)も素粒子 役に立つの？ • 素粒子の質量 ＬＨＣ実験でのヒッグス粒子発見 ヒッグス場と素粒子質量 • 宇宙の質量 暗黒物質

  3. 益川塾ってどんなところ？ ２００８年に益川さんに訪れた 「とある事件」(益川さん談)によって設立 毎年塾生を募集して、１号館の４階で 主に「素粒子物理学理論」を研究しています

  4. 益川塾ってどんなところ？ 入塾証授与式 入塾証

  5. 益川塾ってどんなところ？ 研究室 眺め

  6. 益川塾ってどんなところ？ 研究発表風景 議論風景

  7. もくじ • 益川塾ってどんなところ？ • 素粒子 細かくしてみよう “ちから”(相互作用)も素粒子 役に立つの？ • 素粒子の質量 ＬＨＣ実験でのヒッグス粒子発見 ヒッグス場と素粒子質量 • 宇宙の質量 暗黒物質

  8. 素粒子って何？ モノを作る最も小さい材料 「いろいろなモノは何からできているのだろう？」 という素朴な疑問への答えとなる概念。 素粒子と思われていたものが もっと小さい材料から作られていることが 判明することもある。 科学の発展によって変わっていく。

  9. 古代の素粒子(元素) 古代中国：五行 木・火・土・金・水 惑星や曜日のなまえ 古代インド：五大 (五輪) 地・水・火・風・空 宮本武蔵の五輪書の巻名 古代ギリシャ：四大元素 地・水・火・空気 ファンタジーの世界

  10. 細かくしてみよう Fe 鉄原子 ほしみ～るちゃん （神山天文台マスコットキャラクター）

  11. 細かくしてみよう Fe 原子核 鉄原子 ほしみ～るちゃん （神山天文台マスコットキャラクター） （素粒子！） 電子

  12. 細かくしてみよう ＋ 原子核 陽子 ０ 中性子 （素粒子！） 電子

  13. 細かくしてみよう ＋ アップクォーク （素粒子！） 陽子 ０ ダウンクォーク 中性子 （素粒子！）

  14. 細かくしてみよう アップクォーク ダウンクォーク 電子 だいたいこれらから作られる これだけだとバラバラなので、接着剤が必要！

  15. ＋ “ちから”(相互作用)も素粒子 電気的・磁気的な力を伝える粒子 つまり電磁波(光)の粒子化 光子 斥力 （“地面”を作る） 引力 （原子を作る）

  16. “ちから”(相互作用)も素粒子 クォークに働く『強い力』 陽子・中性子(や原子核)を作る接着剤 グルーオン 斥力 勝つ ＋ (強い！) 陽子 引力

  17. “ちから”(相互作用)も素粒子 原子核の反応に関わる“ちから” 粒子の種類を変える ウィークボゾン “３つ子” ベータ崩壊 ＋ ０ 陽子 中性子 電子 ニュートリノ(素粒子！) (反電子ニュートリノ)

  18. “ちから”(相互作用)も素粒子 原子核の反応に関わる“ちから” 粒子の種類を変える ウィークボゾン “３つ子” 核融合(太陽のエネルギー源) ＋ ＋ ＋ ０ 重水素の原子核 陽電子(電子の反粒子) 陽子２個 電子ニュートリノ

  19. “ちから”(相互作用)も素粒子 重力を伝える粒子 理論が未完成！ 重力子

  20. 光子 アップ チャーム トップ グルーオン ダウン ストレンジ ボトム + ー Z W W 電子 タウ粒子 ミュー粒子 電子 ミュー タウ ニュートリノ ニュートリノ ニュートリノ ヒッグス粒子 見つかっている素粒子の一覧表 http://higgstan.com/

  21. 光子 アップ チャーム トップ グルーオン ダウン ストレンジ ボトム + ー Z W W 電子 タウ粒子 ミュー粒子 電子 ミュー タウ ニュートリノ ニュートリノ ニュートリノ ヒッグス粒子 見つかっている素粒子の一覧表 質量ゼロ

  22. 光子 アップ チャーム トップ グルーオン ダウン ストレンジ ボトム + ー Z W W 電子 タウ粒子 ミュー粒子 電子 ミュー タウ ニュートリノ ニュートリノ ニュートリノ ヒッグス粒子 見つかっている素粒子の一覧表 質量　　　 　 程度

  23. 光子 アップ チャーム トップ グルーオン ダウン ストレンジ ボトム + ー Z W W 電子 タウ粒子 ミュー粒子 電子 ミュー タウ ニュートリノ ニュートリノ ニュートリノ ヒッグス粒子 見つかっている素粒子の一覧表 質量　　　　 程度

  24. 光子 アップ チャーム トップ グルーオン ダウン ストレンジ ボトム + ー Z W W 電子 タウ粒子 ミュー粒子 電子 ミュー タウ ニュートリノ ニュートリノ ニュートリノ ヒッグス粒子 見つかっている素粒子の一覧表 質量　 　　 　 程度

  25. 光子 アップ チャーム トップ グルーオン ダウン ストレンジ ボトム + ー Z W W 電子 タウ粒子 ミュー粒子 電子 ミュー タウ ニュートリノ ニュートリノ ニュートリノ ヒッグス粒子 見つかっている素粒子の一覧表 質量 　　 程度

  26. 光子 アップ チャーム トップ グルーオン ダウン ストレンジ ボトム + ー Z W W 電子 タウ粒子 ミュー粒子 電子 ミュー タウ ニュートリノ ニュートリノ ニュートリノ ヒッグス粒子 見つかっている素粒子の一覧表 質量　　　 以下

  27. 素粒子発見の歴史 １８９７年：電子の発見 １９３７年：ミュー粒子の発見 １９５６年：電子ニュートリノの発見 １９６２年：ミューニュートリノの発見 １９６９年：アップ、ダウン、ストレンジクォークの発見 １９７４年：チャームクォークの発見 １９７５年：タウ粒子の発見 １９７７年：ボトムクォークの発見 １９７９年：グルーオンの発見 １９８３年：ウィークボゾンの発見 １９９５年：トップクォークの発見 ２０００年：タウニュートリノの発見 ２０１２年：ヒッグス粒子の発見

  28. 素粒子物理学　～何の役に立つの？～ 冒険家：そこに山があるから登ってみたい 物理学者：そこに謎があるから解明したい 芸術家：良い音色を出せるとうれしい 物理学者：うまく式で表せるとうれしい 陸上競技者：人はどれだけ速く走れるか挑戦 物理学者：人はどこまで宇宙を理解できるか挑戦 物理学者だけ「役に立つの？」と聞かれる… 「純粋科学」と「技術」の混同

  29. John Pastore 議員 「この加速器は国防に役立ちますか？」 Robert.R. Wilson（のちの初代所長） 「国を守ることに直接関係しませんが 守る価値のある国にできます」 素粒子物理学　～何の役に立つの？～ フェルミ研究所の加速器建設について アメリカ上下両院合同委員会での質疑応答 http://history.fnal.gov/testimony.html

  30. 素粒子物理学　～役に立つことも？～ 純粋科学が役に立った例 量子力学：非常に微小な世界を扱う 半導体、フラッシュメモリ 一般相対性理論：精密な重力を扱う GPS

  31. 素粒子物理学　～役に立つことも？～ 世界で最初のウェブサイト (1990) http://info.cern.ch/hypertext/WWW/TheProject.html

  32. 素粒子物理学　～役に立つことも？～ World Wide Web CERN (ヒッグス粒子の発見場所)にて 大規模な国際研究の利便性のために T.J. Berners-Lee (左)が R. Cailliau (右)とともに開発。 １９９３年４月３０日に CERN はWWWを無料で公開! (特許を取っていたらどうなっていた？)

  33. もくじ • 益川塾ってどんなところ？ • 素粒子 細かくしてみよう “ちから”(相互作用)も素粒子 役に立つの？ • 素粒子の質量 ＬＨＣ実験でのヒッグス粒子発見 ヒッグス場と素粒子質量 • 宇宙の質量 暗黒物質

  34. ２０１２年７月４日：ヒッグス粒子発見 そして、

  35. ２０１３年ノーベル物理学賞 Peter Higgs François Englert F. Englert and R. Brout, Phys. Rev. Lett. 13, 321 (1964) P.W. Higgs, Phys. Lett. 12,132 (1964) ６月２６日投稿 ７月２７日投稿 Englertさんの共著者である Robert Broutさんは 残念ながら2011年に亡くなっていました。 存命ならば共同受賞していたはずです。

  36. CERN の LHC実験 Conseil Européen Recherche Nucléaire (欧州原子核研究理事会。準備段階の名称) 現在は日本語だと「欧州原子核研究機構」 スイスの首都ジュネーブの、フランス国境付近 Large Hadron Collider (大型ハドロン衝突型加速器) ２００８年９月１０日のGoogle 加速した陽子同士を衝突させる 周長 27km のリング、地下約 100m Google ストリートビュー： https://www.google.com/maps/views/streetview/cern

  37. ジュラ山脈 フランス LHC (27km) スイス CERN ジュネーブ空港 CERN の LHC実験

  38. CERN の LHC実験 8.5km

  39. CERN の LHC実験 動画のURL http://www.atlas.ch/multimedia/2-photon-event.html

  40. LHC実験でのヒッグス粒子発見 動画のURL http://www.atlas.ch/multimedia/a-higgs-particle-decaying-2-photons.html

  41. LHC実験でのヒッグス粒子発見 陽子 グルーオン衝突 陽子 ヒッグス粒子の質量 ヒッグス粒子生成 すぐ壊れる 光子２つのエネルギー (測定するもの) 光子 光子

  42. LHC実験でのヒッグス粒子発見

  43. LHC実験でのヒッグス粒子発見 発見 発見

  44. LHC実験でのヒッグス粒子発見 https://twiki.cern.ch/twiki/pub/AtlasPublic/HiggsPublicResults//Hgg-FixedScale-Short2.gif

  45. なぜ重要な発見か？

  46. 素粒子の質量の起源 きれいな理論を考えると質量を持てない！ モネ作：睡蓮 物理学者作：ゲージ対称な理論

  47. 素粒子の質量の起源 ヒッグス場を導入してちょっと複雑に モネ作：睡蓮 物理学者作：標準模型

  48. 素粒子の「標準模型」 「標準模型」：物理理論の固有名詞 標準の名にふさわしい大成功 ミュー粒子の異常磁気能率 「標準模型」の予言値：2.0023184 実験での観測値：2.0023184 ミュー粒子 ヒッグス粒子が長らく発見されていなかった

  49. 素粒子の「標準模型」 ヒッグス粒子発見の意義 「標準模型」の素粒子の最後のパーツ 「標準模型」が磐石に 質量に関わるとても重要な粒子 質量の作り方の確認 理論的な美しさをやや損なうので ヒッグス粒子のない理論も考えられていた 「標準模型」でよさそう

  50. もくじ • 益川塾ってどんなところ？ • 素粒子 細かくしてみよう “ちから”(相互作用)も素粒子 役に立つの？ • 素粒子の質量 ＬＨＣ実験でのヒッグス粒子発見 ヒッグス場と素粒子質量 • 宇宙の質量 暗黒物質

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