久世　正弘東京工業大学

CERN(欧州原子核研究機構)と日本人

日瑞シンポジウム「フランス語圏スイス再考」2014.10.11 慶應大学日吉来往舎

CERN(欧州原子核研究機構)

↑LHC（山手線とほぼ同じ大きさ）

レマン湖↑

ジュネーブ空港

アルプス（モンブラン）

ジュラ山脈→

CERN(セルン)とは？•CERN仏語ホームページより：

“Le CERN, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire, est l’un des plus grands et des plus prestigieux laboratoires scientifiques du monde.”

•英語：the European Organization for Nuclear Research（略称は設立時のConseil Européen pour la Recherche Nucléaireより）

•欧州共同の素粒子・原子核物理学の研究機関。物質の究極構造である素粒子の基本法則を加速器を用いて研究

•1954年設立（今年で60周年）

•加盟国: 欧州中心に21カ国（日本はオブザーバー国）

•職員数約2500人、年間予算1200MCHF(約1300億円)

•ユーザー（研究者）は世界中より約10,000人

•ジュネーブ中央駅(Cornavin)よりトラム18番で20分3

青:メンバー国、緑:オブザーバー国、赤:その他

素粒子？　原子核？•我々の宇宙にあるものは

すべて原子でできている

•原子は中心に原子核があり電子が周りを回っている(＋とーの電気で引き合う＝電磁気力）

•原子核は陽子と中性子の２種類の粒子からできている

•陽子や中性子は、更に小さいクォークからできている

5

結晶

分子

原子

原子核

陽子

電子・クォーク ←

　よ

り小

さく

、バ

ラバ

ラに

＝よ

り高

い温

度←

　よ

り小

さく

、バ

ラバ

ラに

＝よ

り高

い温

度

加速器？•モノをバラバラにして極微の構造・そこでの自然法則を

見るには、高い温度にする必要がある

•高い温度＝大きなエネルギー＝光速に近い速度「高エネルギー物理学」High Energy Physics

•電気を持った素粒子（陽子や電子）を電気の力で加速し磁石の力で周回軌道を回らせる＝加速器 (Accelerator)

•どれくらいのエネルギー？　加速電圧にして７兆ボルト(TeV)くらい（電子顕微鏡は１０万ボルトくらい）

•どれくらいの速度？　陽子は光速の99.999999%になる

•どれくらいの温度？　７京度くらい（太陽は約6000度）そんな温度の場所って？→ビッグバン直後の宇宙

6

LHCで10-12秒後までさかのぼる！

7

137億年前　 秒　　　　　30万年 現在

宇宙の歴史

１

１兆 宇宙が透明になった

素粒子の標準模型•素粒子のことはどこまで分かっているか

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クォークとレプトン：物質を形作る素粒子

４つの力を伝えるゲージ粒子

素粒子に質量を与えるヒッグス粒子⇒唯一未発見だった

強い力弱い力電磁気力(重力)

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2012年7月4日ヒッグス粒子発見の発表

　

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2013年ノーベル物理学賞受賞者の発表

ピーター・ヒッグス（イギリス）フランソワ・アングレール（ベルギー）

受賞理由：

2013年10月8日

万物に質量を与えるヒッグス粒子の存在を理論的に予言した（1964年）。

素粒子物理学と日本(ノーベル賞)

•1949 湯川秀樹　中間子論

•1965 朝永振一郎　量子電気力学

•2002 小柴昌俊　ニュートリノ天文学

•2008 南部陽一郎　自発的対称性の破れ

•2008 小林誠・益川敏英　CP対称性の破れ

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CERNの加速器•CERN

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7 TeV (7000 GeV)

450 GeV

25 GeV

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TOTEM

ATLAS汎用実験

CMS汎用実験

ALICE重イオン衝突実験

LHCbBの物理

TOTEMTotal cross section

測定

ＬＨＣにおける実験プロジェクト

LHCf超前方実験

ラージ・ハドロン・コライダー(LHC)

２つの陽子ビーム(電流)を反対方向に回し、7TeVに加速して衝突させる

地下100m

地下100m、周長27kmのLHCトンネル•古河電気工業、新日本製鐵、東芝、ＪＦＥスチール、カネカ、

IHIなど日本企業の技術も不可欠だった

•建設費約4000億円、日本からの資金協力140億円(文部科学省)

141232 台の超電導電磁石がビームを曲げる。

衝突開始時のグーグルトップページ

1995年与謝野文部大臣

CERNにおける日本人研究者•ATLAS、ALICE、LHCf、ASACUSA/ATHENA、

COMPASS、OPERA実験に日本の大学・研究所が参加

•加速器開発にも日本の研究者が参加・貢献

•ここでは参加規模が最大のATLAS(アトラス)実験を紹介

•その他、CERN夏の学校に全国の大学から修士1年生を派遣しています（毎年5名程度）。

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ATLAS実験• 高エネルギー加速器研究機構(KEK), 筑波大, 東大, 東工大, 首都大東京, 早稲田大,

信州大, 名大, 京大, 京都教育大, 阪大, 神戸大, 岡山大, 広島工大, 長崎総科大, 九大

• 約110名の研究者（多くが大学院生・ポスドク）

• ATLAS実験全体では38カ国、176大学/機関約3000名の研究者

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• アトラス測定器

• 全長44m、高さ25m、重量約7000トン

• 建設費約540億円建設期間約15年

女性

男性

アトラス実験メンバーの年齢分

2010.1.1

アトラス検出器• 2005.11月　建設途中の写真

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アトラス建設：日本の分担例（３）　端部ミューオントリガー検出器を日本・イスラエルが建設

神戸大での宇宙線を使った全数検査

KEKで1200台を製造　（2000-2004年)

CERNでのセクター組立と回路据付（2005-2007年)

地下実験場でのアトラス測定器へ組み込み (2006-2008年）

32万チャンネルの電子回路の設計・製造・検査（KEKなど）

運転中は24時間シフト(3交代)•ATLAS実験制御室→

19•データ解析の計算機→

•LHC加速器制御室

４つのレプトンから求めた親の質量(GeV)

イベ

ント

の数

データ

偽物の予測

本物があった場合質量：124.3GeV

ヒッグス

ATLAS実験でのヒッグス粒子観測•2年間の運転で約4000兆回の衝突事象(イベント)

•ほとんど既知の反応事象だが、その中から新粒子を選び出す(ヒッグス粒子は作られてもすぐに既知の粒子に崩壊する)

•これは4つの軽い粒子に壊れるモードで探した結果

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μ粒子検出器

μ粒子検出器

巨大科学！•全29ページ中、

著者名13ページ

21

Physics Letters B 716 (2012) 1–29

Contents lists available at SciVerse ScienceDirect

Physics Letters B

www.elsevier.com/locate/physletb

Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs bosonwith the ATLAS detector at the LHC✩

.ATLAS Collaboration ⋆

h d d d h f ll h d d l h f ll d fi f h

G. Aad 48, T. Abajyan 21, B. Abbott 111, J. Abdallah 12, S. Abdel Khalek 115, A.A. Abdelalim 49, O. Abdinov 11,R. Aben 105, B. Abi 112, M. Abolins 88, O.S. AbouZeid 158, H. Abramowicz 153, H. Abreu 136,B.S. Acharya 164a,164b, L. Adamczyk 38, D.L. Adams 25, T.N. Addy 56, J. Adelman 176, S. Adomeit 98,P. Adragna 75, T. Adye 129, S. Aefsky 23, J.A. Aguilar-Saavedra 124b,a, M. Agustoni 17, M. Aharrouche 81,S.P. Ahlen 22, F. Ahles 48, A. Ahmad 148, M. Ahsan 41, G. Aielli 133a,133b, T. Akdogan 19a, T.P.A. Åkesson 79,G. Akimoto 155, A.V. Akimov 94, M.S. Alam 2, M.A. Alam 76, J. Albert 169, S. Albrand 55, M. Aleksa 30,I.N. Aleksandrov 64, F. Alessandria 89a, C. Alexa 26a, G. Alexander 153, G. Alexandre 49, T. Alexopoulos 10,M. Alhroob 164a,164c, M. Aliev 16, G. Alimonti 89a, J. Alison 120, B.M.M. Allbrooke 18, P.P. Allport 73,S.E. Allwood-Spiers 53, J. Almond 82, A. Aloisio 102a,102b, R. Alon 172, A. Alonso 79, F. Alonso 70,A. Altheimer 35, B. Alvarez Gonzalez 88, M.G. Alviggi 102a,102b, K. Amako 65, C. Amelung 23,V.V. Ammosov 128,∗, S.P. Amor Dos Santos 124a, A. Amorim 124a,b, N. Amram153, C. Anastopoulos 30,L.S. Ancu 17, N. Andari 115, T. Andeen 35, C.F. Anders 58b, G. Anders 58a, K.J. Anderson 31,A. Andreazza 89a,89b, V. Andrei 58a, M.-L. Andrieux 55, X.S. Anduaga 70, S. Angelidakis 9, P. Anger 44,A. Angerami 35, F. Anghinolfi 30, A. Anisenkov 107, N. Anjos 124a, A. Annovi 47, A. Antonaki 9,M. Antonelli 47, A. Antonov 96, J. Antos 144b, F. Anulli 132a, M. Aoki 101, S. Aoun 83, L. Aperio Bella 5,R. Apolle 118,c, G. Arabidze 88, I. Aracena 143, Y. Arai 65, A.T.H. Arce 45, S. Arfaoui 148, J.-F. Arguin 93,E. Arik 19a,∗, M. Arik 19a, A.J. Armbruster 87, O. Arnaez 81, V. Arnal 80, C. Arnault 115, A. Artamonov 95,G. Artoni 132a,132b, D. Arutinov 21, S. Asai 155, S. Ask 28, B. Åsman 146a,146b, L. Asquith 6, K. Assamagan 25,A. Astbury 169, M. Atkinson 165, B. Aubert 5, E. Auge 115, K. Augsten 127, M. Aurousseau 145a, G. Avolio 163,R. Avramidou 10, D. Axen 168, G. Azuelos 93,d, Y. Azuma 155, M.A. Baak 30, G. Baccaglioni 89a,C. Bacci 134a,134b, A.M. Bach 15, H. Bachacou 136, K. Bachas 30, M. Backes 49, M. Backhaus 21,J. Backus Mayes 143, E. Badescu 26a, P. Bagnaia 132a,132b, S. Bahinipati 3, Y. Bai 33a, D.C. Bailey 158,T. Bain 158, J.T. Baines 129, O.K. Baker 176, M.D. Baker 25, S. Baker 77, P. Balek 126, E. Banas 39, P. Banerjee 93,Sw. Banerjee 173, D. Banfi 30, A. Bangert 150, V. Bansal 169, H.S. Bansil 18, L. Barak 172, S.P. Baranov 94,A. Barbaro Galtieri 15, T. Barber 48, E.L. Barberio 86, D. Barberis 50a,50b, M. Barbero 21, D.Y. Bardin 64,T. Barillari 99, M. Barisonzi 175, T. Barklow 143, N. Barlow 28, B.M. Barnett 129, R.M. Barnett 15,A. Baroncelli 134a, G. Barone 49, A.J. Barr 118, F. Barreiro 80, J. Barreiro Guimarães da Costa 57,P. Barrillon 115, R. Bartoldus 143, A.E. Barton 71, V. Bartsch 149, A. Basye 165, R.L. Bates 53, L. Batkova 144a,J.R. Batley 28, A. Battaglia 17, M. Battistin 30, F. Bauer 136, H.S. Bawa 143,e, S. Beale 98, T. Beau 78,P.H. Beauchemin 161, R. Beccherle 50a, P. Bechtle 21, H.P. Beck 17, A.K. Becker 175, S. Becker 98,M. Beckingham 138, K.H. Becks 175, A.J. Beddall 19c, A. Beddall 19c, S. Bedikian 176, V.A. Bednyakov 64,C.P. Bee 83, L.J. Beemster 105, M. Begel 25, S. Behar Harpaz 152, P.K. Behera 62, M. Beimforde 99,

M. Kuze

CERNでの毎日•レストランのメニュー

仏語と英語

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•ビジター見学も可能

写真提供：小林大(東工大大学院)次のページも

CERNでの毎日(2)•所内の道路には物理学者の名前が

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•学生さんたちの毎日

フランス語圏スイス•プレスリリース

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CERN Press Release: CERN turns 60 and celebrates peacefulcollaboration for science - Communiqué de Presse du CERN: Le CERNfête ses 60 ans et célèbre la collaboration pacifique au service de lascience1 件のメッセージ

Rolf Heuer <rolf.heuer@cern.ch> 2014年9月29日 19:23To: "cern-personnel (CERN Personnel - Members and Associate Members)" <cern-personnel@cern.ch>

Version(française(ci-dessous

CERN%turns%60%and%celebrates%peaceful%collabora6on%for%science

!

Geneva,!29!September!2014.!Today,!CERN,!the!European!OrganizaBon!for!Nuclear!Research,!is!blowing

out!60!candles!at!an!event!aIended!by!official!delegaBons!from!35!countries.!Founded!in!1954,!CERN

is!today!the!largest!parBcle!physics!laboratory!in!the!world!and!a!prime!example!of!internaBonal

collaboraBon,!bringing!together!scienBsts!of!almost!100!naBonaliBes.

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Genève,!le!29!septembre!2014.!Le!CERN,!l’OrganisaBon!européenne!pour!la!Recherche!nucléaire,souffle!aujourd’hui!ses!60!bougies,!à!l’occasion!d’une!cérémonie!à!laquelle!assistent!les!délégaBons!de35!pays.!Fondé!en!1954,!le!CERN!est!aujourd’hui!le!plus!grand!laboratoire!de!physique!des!parBculesdu!monde!et!un!exemple!éclatant!de!collaboraBon!internaBonale,!qui!rassemble!des!scienBfiques!deprès!de!100!naBonalités.

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Version française ci-dessous

•オフィスの掃除のお知ら

CERNと現代社会• WWW(ワールド・ワイド・ウェブ）はCERNで発明

‒ 1989年、Tim Berners-Leeが世界中の研究者間の情報共有を簡単にするためにコンセプトを考案

• 例：http://www.myswiss.jp/jp.cfm/home/ (スイス政府観光局)‒ hyper-text transfer protocolでWebサーバーと通信（web=クモの巣）‒ インターネット上の計算機のアドレスとそこのファイル名で指定‒ 世界中のどこの情報も自分の書類のように均一に扱える＝URL

(Uniform Resource Location)‒ 書類の中に他所の情報へのリンクを置ける

（ハイパーテキスト）

• LHCでの実験もデータ量が膨大になるため、世界中の大学・機関の計算機をネットワークで接続し、データを分散して記録、解析→グリッド・コンピューティング　データストレージ180PB(1PB=1000TB)

25

世界初のホームページ

CERNと芸術•小説・映画「天使と悪魔」

‒ 冒頭、CERNが舞台（反物質がバチカンに）

•ベルリオーズ「トロイアの人々」‒ バレンシアのオペラハウスでの舞台セット→

•Arts＠CERN http://arts.web.cern.ch/

‒ 芸術家をCERNに招待して滞在してもらい、作品のインスピレーションを。

26Ryoji Ikeda Monica Sand Gianni Motti

まとめ•CERN(セルン)とは、欧州共同の素粒子・原子核物理学の

研究機関。ジュネーブにある。様々な加速器を使って物質の究極構造・宇宙の始まりの研究をしている。

•最も大きな加速器LHCは山手線とほぼ同じ大きさ。地下100ｍのトンネルがスイスとフランスにまたがって設置されている。2年前にヒッグス粒子を発見した。実験はあと20年は続き、さらに未知の粒子の発見をめざす。

•日本の研究者も数多くCERNでの研究に参加している。若い世代を中心に国際的な実験チームの中、フランス語圏スイスの環境でがんばっています。

•一般見学施設もありますのでジュネーブ訪問の際はぜひ！27