2013/06/30

1. 素粒子物理学の課題

 素粒子物理学は、物質を構成する最小の単位(素粒子)と、 それらが互いに及ぼし合う力(相互作用)について調べる学問です。 素粒子物理学において、現在最も信頼ある理論として、標準理論があります。 標準理論において素粒子であると考えられているのは、 右の図に示すように物質を作る粒子であるフェルミオン(クオークとレプトン)と、 3つの相互作用(電磁、弱、強)を伝える粒子であるゲージボソンです。 また、素粒子に(慣性)質量を与える役割を担うヒッグス粒子も標準理論では 素粒子の一つと考えられています。
電弱対称性の破れ、質量の起源などを理論的に説明しうるヒッグス粒子は、長い間未発見でしたが、2012年に我々の参加するATLAS実験とCMS実験において、ついにその存在を確認することに成功しました(左下の図)。この発見は、素粒子物理学が次に向かうべく方向性さえを決めてしまうようなエポックメイキングな大発見です。寄田研では、このヒッグス粒子(ヒッグス機構)の詳細徹底的に理解するべく、一丸・総力戦で取り組んでいます。
 標準理論はゲージ対称性を用いて、電磁相互作用と弱い相互作用を統合した電弱相互作用と、強い相互作用が関わる実験事実をほぼ全て説明することができます。 しかし、電弱相互作用と強い相互作用の統一、重力相互作用、暗黒物質の存在、などについては 標準理論では説明に成功していません。超対称性粒子や余剰次元などの 標準理論を超えた現象を発見することも我々の目標の一つです。エネルギーフロンティア実験の醍醐味である新粒子・新現象を発見するべく、検出器からトリガー、高度なテクニックを用いる物理解析まで網羅的かつ精力的に研究を進めています。

LHC-ATLAS実験は、高エネルギー加速器を用いた陽子衝突型実験であり、 こういった素粒子物理学の謎を解明しようとしています。