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関西中部地方　Ｂ中間子の物理研究会

はじめに

関西中部地方　Ｂ中間子の物理研究会

はじめに

趣旨趣旨

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B 中間子（および Ｂファクトリーでの多彩な）物理に ついて、素核実験分野の方に興味を持っていただく

学生・ポスドクの方の就職先の候補として、 B実験 について知っていただく

Belle 関西中部地方の activity をご紹介し、近隣の 大学を中心に交流を深める

[ ８月３１日に関東甲信越地方の研究会開催 ]

小林・益川理論の検証小林・益川理論の検証

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２００８年ノーベル物理学賞

ＣＰ非保存：　標準理論の大きな謎

Ｂファクトリー実験による検証

ＫＭ行列の 唯一の複素位相 により起こる

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KEKB 加速器

e- （ 8GeV)e+ （ 3.5GeV)

ルミノシティ 2.11 x 1034 cm-2s-1 !

年間約 2 億対の BB を生成

• 世界最高強度を誇る加速器で大量の B 中間子と反 B 中間子を生成。

• 主要目的：粒子 - 反粒子（ CP ）対称性の破れの謎を解明。

2009 年 6 月 17 日

Belle 国際研究チームBelle 国際研究チーム

55

世界 15 の国と地域 , 6 １大学・機関 , ~400 人の研究者

ブドカー研究所プラハ・チャールズ大学チェンナイ数理科学研究所千葉大学ハンヤン国立大学シンシナチ大学フージェン大学ギーセン大学ギョンサン国立大学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グワハティインド工科大学マドラスインド工科大学KEKコリア大学

クラコウ原子核研京都大学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奈良女子大学国立中央大学国立連合大学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･大阪大学核理研連合大阪市立大学パンジャブ大学北京大学KISTI

プリンストン大学理化学研究所連合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タタ研究所東邦大学東北大学東北学院大学東京大学首都大学東京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

最近一年間に多数新規参加

次のステップ次のステップ

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今日までに確立された標準理論は知られている現象を正しく記述する理論として大きな成功を収めたが素粒子の究極理論とは考えられていない。

今日までに確立された標準理論は知られている現象を正しく記述する理論として大きな成功を収めたが素粒子の究極理論とは考えられていない。

Ｂファクトリーの成果：標準理論の検証に大きな貢献　　　　　　　　　　　　　　　ＣＰ非保存のメカニズム解明

標準理論のＣＰ非保存では宇宙の物質優勢を説明できない（数桁小さすぎる）

標準理論の次の階層の新しい物理による　　ＣＰ非保存の源が必要標準理論の次の階層の新しい物理による　　ＣＰ非保存の源が必要

ニュートンニュートン　力学　力学

マックスウェルマックスウェル　電磁気学　電磁気学

相対性理論相対性理論量子力学量子力学

標準理論

標準理論を含んだより本質的な理論へ

新しい物理法則新しい物理法則超対称性？　高次元理論？

今日までに確立された標準理論は知られている現象を正しく記述する理論として大きな成功を収めたが素粒子の究極理論とは考えられていない。

今日までに確立された標準理論は知られている現象を正しく記述する理論として大きな成功を収めたが素粒子の究極理論とは考えられていない。

いくつかの傍証から新しい物理法則が１TeVのエネルギー領域にあることがほぼ確実

いくつかの傍証から新しい物理法則が１TeVのエネルギー領域にあることがほぼ確実

どのような方法でその手がかりを見つけるか？どのようにしてその全容解明を行うか？　　　　　　　　　　．．．が現代の素粒子物理学の挑戦

どのような方法でその手がかりを見つけるか？どのようにしてその全容解明を行うか？　　　　　　　　　　．．．が現代の素粒子物理学の挑戦

素粒子物理学の次の挑戦 素粒子物理学の次の挑戦

素粒子物理学 ：将来の展素粒子物理学 ：将来の展望望 素粒子物理学 ：将来の展素粒子物理学 ：将来の展望望

LHC, ILCLHC, ILC

T2K, 0T2K, 0……

ニュートリノニュートリノの物理の物理

エネルギーエネルギーフロンティアフロンティア

新しい新しい物理法則の物理法則の完全な解明完全な解明

超対称性超対称性の理解の理解

クォークとクォークとレプトンのレプトンの

対称性対称性

クォーククォークの物理の物理

KEKBKEKB のの高度化高度化 ,K,K 実験実験

CPCP 非対称性非対称性 , , 左右の対左右の対称性称性 , , 新物理新物理 ((超対称超対称性性 )) でのクォーク混合、でのクォーク混合、荷電ヒッグスの相互作用、荷電ヒッグスの相互作用、ττレプトン数の非保存レプトン数の非保存……

CPCP 非対称性非対称性 , , 左右の対左右の対称性称性 , , 新物理新物理 ((超対称超対称性性 )) でのクォーク混合、でのクォーク混合、荷電ヒッグスの相互作用、荷電ヒッグスの相互作用、ττレプトン数の非保存レプトン数の非保存……

ニュートリノの質量とニュートリノの質量と混合混合 , , レプトン数の非保存レプトン数の非保存… …

ニュートリノの質量とニュートリノの質量と混合混合 , , レプトン数の非保存レプトン数の非保存… …

ヒッグス粒子ヒッグス粒子 , , 超対称超対称性粒子性粒子 , , 時空構造の新時空構造の新しい理解しい理解……

ヒッグス粒子ヒッグス粒子 , , 超対称超対称性粒子性粒子 , , 時空構造の新時空構造の新しい理解しい理解……

ニュートリノニュートリノの謎の解明の謎の解明

加速する宇宙膨張 消えた反物質 暗黒物質の正体 質量の起源 Particle AdventureParticle Adventureより転載より転載

““ 多方向からのアプロー多方向からのアプローチによって新しい物理法チによって新しい物理法則の則の完全解明を図り、未解決完全解明を図り、未解決のの宇宙の謎を解き明かす。”宇宙の謎を解き明かす。”

未解決の未解決の宇宙の大きな謎宇宙の大きな謎

力の統一へ力の統一への手がかりの手がかり

新しい物理探索：二つのアプロー新しい物理探索：二つのアプローチチ

新しい物理探索：二つのアプロー新しい物理探索：二つのアプローチチ

宇宙に反物質が存在宇宙に反物質が存在しない理由？しない理由？

宇宙に反物質が存在宇宙に反物質が存在しない理由？しない理由？

小林・益川理論小林・益川理論では不十分では不十分

CPCP 対称性を破る対称性を破る未知の物理法則未知の物理法則や相互作用や相互作用

CPCP 対称性を破る対称性を破る未知の物理法則未知の物理法則や相互作用や相互作用

KEKBKEKB の高度化の高度化による解明による解明

KEKBKEKB の高度化の高度化による解明による解明

これまでのこれまでのKEKBKEKB で糸口で糸口

標準理論は様々標準理論は様々な理由で不完全な理由で不完全

標準理論は様々標準理論は様々な理由で不完全な理由で不完全

標準理論を超えた標準理論を超えた新しい物理法則新しい物理法則

標準理論を超えた標準理論を超えた新しい物理法則新しい物理法則

LHCLHC 、、 ILCILC などなどによる解明による解明

LHCLHC 、、 ILCILC などなどによる解明による解明

シナジーシナジー効果効果

新しい物理法則新しい物理法則の完全な理解の完全な理解

新しい物理法則新しい物理法則の完全な理解の完全な理解

ILCILC

SuperKEKB SuperKEKB

LHCLHC

““ ルミノシティロンティアの物理”ルミノシティロンティアの物理”　　　　　　（フレーバーの物理）（フレーバーの物理）

““ エネルギーフロンティアの物理”エネルギーフロンティアの物理”

B 実験の物理目標・里程B 実験の物理目標・里程

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B 中間子でのＣＰ非保存の発見B 中間子でのＣＰ非保存の発見

標準（小林・益川）理論の検証標準（小林・益川）理論の検証

「新物理」の探索「新物理」の探索

Step1

Step2

Step3

２００１年夏！

ヒント (決定打） 測定量・方法の確立

2008

約５０倍のデータ (L ~1036cm-2s-1 )

（例：超対称性理論）LHC: 新粒子発見・質量SuperKEKB: 性質・相互作用新物理の解明両方不可欠

Low emittance positrons to inject

e- 2.1 A

e+ 3.7 A

Low emittance gun

Nano-BeamSuperKEKB

Redesign the HER arcs to squeeze the emitance.

New Superconducting / permanent final focusing quads near the IP

Colliding bunches

Low emittance electrons to inject

New positron target / capture section

Replace long TRISTAN dipoles with shorter ones (HER).

TiN coated beam pipe with antechambers

Add / modify rf systemsfor higher currents.

Luminosity Goal : 8 x 1035 /cm2s

1111

Belle IIBelle II

詳しくは、このあとの研究会の講演でお楽しみ下さい

詳しくは、このあとの研究会の講演でお楽しみ下さい

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陽子 陽子

~g~q~ ~

q lq_

高エネルギー反応による直接生成高エネルギー反応による直接生成

ｂクォーク ｓクォーク

光（ γ ）

q~量子効果による短時間の生成量子効果による短時間の生成

トンネル効果

エネルギーフロンティアエネルギーフロンティア　ｖｓ．　ｖｓ．フレーフレーバー物理バー物理

エネルギーフロンティアエネルギーフロンティア

ルミノシティフロンティア

ルミノシティフロンティア

~

2q ijm

211m

212m

213m

221m

222m

223m

231m

232m

233m

Off-diagonal terms

Diagonal terms

LHC で新粒子が発見されなくても、より高いエネルギースケールの探索が可能

新しい物理法則での新しい物理法則での CPCP 非対称性非対称性左手系左手系 右手系右手系

弱い相互作用弱い相互作用 未知の相互作用未知の相互作用

新しい物理法則に現れる新しい物理法則に現れる荷電ヒッグス粒子荷電ヒッグス粒子

ττ のレプトンフレーバーの非保のレプトンフレーバーの非保存存

超対称性粒子候補発見超対称性粒子候補発見

超対称性粒子続々発見超対称性粒子続々発見・・・・・・

2012 2014 201820162010 2020

SuperKEKBSuperKEKB とと LHCLHC の相補性の相補性

ヒッグス粒子発見ヒッグス粒子発見

ＬＨＣのルミノシティＬＨＣのルミノシティ　　　　アップグレード　　　　アップグレード

SuperKEKBSuperKEKB

ＬＨＣＬＨＣ

高度化した高度化した KEKBKEKB での測定：での測定：‐‐CPCP 非対称性非対称性‐‐ 左右の対称性左右の対称性‐‐ 荷電ヒッグス粒子の相互作用荷電ヒッグス粒子の相互作用‐‐ττ のレプトン数の非保存のレプトン数の非保存　　　　　　　　　　　　　　　など　　　　　　　　　　　　　　　など

高度化した高度化した KEKBKEKB での測定：での測定：‐‐CPCP 非対称性非対称性‐‐ 左右の対称性左右の対称性‐‐ 荷電ヒッグス粒子の相互作用荷電ヒッグス粒子の相互作用‐‐ττ のレプトン数の非保存のレプトン数の非保存　　　　　　　　　　　　　　　など　　　　　　　　　　　　　　　など

LHCLHC での測定：での測定：‐‐ 超対称性粒子など新粒子の超対称性粒子など新粒子の　発見とその性質の理解　発見とその性質の理解‐‐ ヒッグス粒子の発見ヒッグス粒子の発見　　　　　　　　　　　　　　　など　　　　　　　　　　　　　　　など

LHCLHC での測定：での測定：‐‐ 超対称性粒子など新粒子の超対称性粒子など新粒子の　発見とその性質の理解　発見とその性質の理解‐‐ ヒッグス粒子の発見ヒッグス粒子の発見　　　　　　　　　　　　　　　など　　　　　　　　　　　　　　　など

ルミノシティ増強ルミノシティ増強

Ｂ中間子でのＣＰ非保存の発見

Ｂ中間子でのＣＰ非保存の発見

1616

1137events

B0 tag_

B0 tag

Asy

mm

etry

31M BB

2001 年

sin2= 0.99 0.14 0.06

[PRL 87,091802(2001)]

535M BB

sin2= 0.650 0.029 0.018

+(2S)KS

14000signals

2006 年

[PRL 98,031802(07)+PRD77 091103(08)]

Belle 実験の主要成果（ CPV以外）

Belle 実験の主要成果（ CPV以外）

X(3872)

エキゾチックハドロンの発見

Z(4430)

bd遷移の発見 D0-D0 振動の発見

B B→K*ll崩壊の発見

5.3Mbc (GeV/c2) 1717

1818

• Belle II での物理：最先端・重要、豊富Ｂ、タウ、チャーム、ハドロン、…

• テーマ多数：自分が主体となって解析可能 　　　　　　　　“自分の物理”ができる。• 「発見」に関わる可能性大。