宇宙と素粒子 - phys.s.u-tokyo.ac.jplhcと宇宙(特に暗黒物質の研究)...
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宇宙と素粒子
@東大・駒場(2010.05.25)
諸井健夫(東大・素粒子理論)
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素粒子・原子核分野教員
・素粒子理論:柳田、諸井、浜口、松尾
・素粒子実験:駒宮、箕輪、相原、浅井、横山
・原子核理論:大塚、初田、平野
・原子核実験:酒井、早野、小沢
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様々なスケール
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「宇宙と素粒子」
・素粒子物理学:ミクロの世界
・宇宙物理学:マクロの世界
⇒ この二つの分野がどうつながるのか?
⇒ その分野の最近の話題・将来の期待
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昔の宇宙を想像してみる
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宇宙論の基礎:宇宙は膨張している
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昔の宇宙は高温・高密度
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宇宙の質量はほとんど未知の物質
暗黒物質:相互作用が弱く、重い物質
暗黒エネルギー:宇宙が膨張しても密度が不変
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暗黒物質の証拠:銀河クラスターの衝突
・光る物質(星間ガス)は衝突してそこに留まる
赤:X線
青:重力レンズ
・大部分の質量(暗黒物質)はすり抜ける
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宇宙進化を巡る、様々な疑問
・暗黒物質とは何なのか?
・‥‥
・宇宙に反物質が無いのはなぜなのか?
・暗黒エネルギーとは何なのか?
⇒ 初期宇宙(高温)を理解する必要あり
⇒ 指導原理:素粒子・原子核物理学
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素粒子物理学
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素粒子物理学:より微細な構造へ
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素粒子論の現状:素粒子標準模型の成功
ほとんどの実験結果は「標準模型」の予言と一致
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素粒子標準模型の大問題
電弱対称性の破れ(質量)の起源
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ヒッグス粒子
・ヒッグス場の量子的振動:ヒッグス粒子
・標準模型で唯一未発見の粒子
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標準模型は究極の理論?:恐らくNo
ヒッグス(ボソン)は何故「軽い」のか?
・理論の基本的スケール程度の質量が自然
標準模型では宇宙の進化が理解できない
・暗黒物質の候補が存在しない
・宇宙に反物質が存在しない理由が分からない
・‥‥
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超対称模型:新物理の有力な候補
超対称粒子の中には暗黒物質の候補が存在
・ 光子、Z、ヒッグス粒子等の超対称粒子
・ 重力子の超対称粒子
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LHC
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素粒子模型の実験的検証:LHC
・陽子-陽子型円形加速器
・エネルギー:14TeV(現在7TeV)
・ヒッグス粒子や超対称粒子を探す
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ATLAS検出器
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ついに動き出したLHC実験!
Fig1.png
First min-bias event
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Wボソンも既に生成
Fig1.png
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宇宙と素粒子
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超対称模型@LHC
超対称粒子:LHCの重要なターゲット
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シグナル:横方向運動量の欠損
⇒ 暗黒物質が運動量を持ち逃げする!
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LHCと宇宙(特に暗黒物質の研究)
・暗黒物質の候補が見つかれば、質量や
相互作用の強さなども測定できる
⇒ 加速器を使って宇宙進化を理解する
・その粒子が本当に暗黒物質となるのに
適当な性質を持っているかを議論
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まとめ
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まとめ
素粒子・原子核物理と宇宙論は密接に関連
LHCによる今後の大きな発展に期待
⇒ 高温、高密度ではどのような粒子が生成
されているのか?
⇒ 新たな粒子の発見
⇒ 宇宙進化の理解のための新たな情報