山崎祐司（神戸大） 粒子の物質中でのふるまい
８回の講義の予定 第１講：現代の素粒子物理概観(1) 第２講：現代の素粒子物理概観(2) ，LHC 実験 第３講：陽子衝突実験の原理，加速器 第４講：粒子の物質中でのふるまい 第５講：位置検出器とカロリメータ 第６講（セミナー）： いよいよ始まった LHC 実験 第１講の内容と重複 ＋ 実験の現状報告 第７講：トリガーとデータ取得 第８講：Higgs 粒子の探索法 これまで学んだことの応用
Higgs 粒子 崩壊の例 H Z⁰ Z⁰ e⁺e⁻⁺⁻ ミューオン：赤線 電子：青 反跳ジェット：青，橙 ミューオンの運動量が 高く，ほとんどまっす ぐ飛ぶ → 強い磁場中を長い距 離とばす必要あり 大きな検出器になる
標準模型の粒子と相互作用
散乱粒子の最終産物 クォークは単体では存在しない タウレプトンは短寿命 重いクォークも崩壊 ニュートリノは検出できない 中間子 Meson （クォーク・半クォーク対）あるいは 核子 Nucleon（陽子，中性子…）= 準安定ハドロンに崩壊 タウレプトンは短寿命 中間子あるいは荷電レプトン (e, µ) とニュートリノに崩壊 重いクォークも崩壊 ニュートリノは検出できない （準）安定な粒子 τ > 10−8 [s] 電子，光子 荷電ハドロン，中性ハドロン ミューオン(µ)
長寿命粒子のプロフィール 粒子 組成 生成メカニズム 質量[MeV] 寿命[s] 崩壊 e± 素粒子 直接，光から対生成 0.511 ∞ γ π0→γγ, 電子からの放射光 荷電粒子が吸収 µ± 直接，π±/K± 崩壊 106 2.210−6 e±νµνe 100% π0 q, g の破砕化, 中間子崩壊 135 8.410−17 γγ 99% γe+e− 1.2% π± 138 2.210−8 (cτ ~ 10m) µνµ 99.98% K± 494 1.210−8 µνµ 63.44% π±π0 20.92% K0S 498 0.910−10 π+π−, π0π0 K0L 5.110−8 πeνe , πµνµ, 3π p uud 破砕化，ビームから 938 n udd 939 886 peνe 100%
強い相互作用による クォークの閉じこめ 強い相互作用の結合定数は， 相互作用のエネルギーが高 いほど小さい（低いほど大 きい） 強い相互作用の結合定数は， 相互作用のエネルギーが高 いほど小さい（低いほど大 きい） 力は距離が離れるほど強く なる ポテンシャルエネルギーに より新たに粒子・反粒子が 対生成 中間子を形成し，多粒子 のジェットとなる 破砕化（fragmentation） とよばれる ポテンシャル エネルギーが 高くなっている 中間子 中間子
クォーク・グルーオンの破砕化 パートン間の不変質量が1 GeV 程度になると， αS ~ 1 となり摂動計算が意味をなさなくなる → 非摂動な束縛状態（中間子）を 形成 O(1GeV) パートンが一つ放射 ee → qqg ハードな散乱の 「３体崩壊」 拡大すると… O(√s) 次々にパートンが放出される （αS でかい）
粒子測定と検出器 粒子の崩壊パターン，崩壊元の 質量の再構成から新粒子生成をとらえる ミューオン：物質を貫通させた後，磁場で曲げる ハドロン粒子 （核子，中間子：クォークでできている） 厚い物質で止める 電磁相互作用をする 粒子（電子，光子） 止めてシャワーを起こし，物質中に落としたエネルギーを測る ニュートリノ， 暗黒物質： 見えない！ （中性，弱い 相互作用のみ） 運動量保存 から推測 荷電粒子： 磁場で曲げて運動量を測る
荷電粒子の物質中でのふるまい イオン化などによるエネルギー損失 dE/dx 進行方向の変化: multiple scattering 平均値：Bethe-Bloch の式 ばらつき：Landau 分布 エネルギー損失測定による粒子識別 進行方向の変化: multiple scattering 飛跡検出器の位置精度と運動量の関係 multiple scattering が運動量測定精度に与える影響