セ 　ル　 ン　　　　　　　　 エル エイチ シー C E R N と L H C 計画 2012・8・21

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CERN(セルン）研究所 ・1954年に発足した。 ・加盟国： ヨーロッパ２０カ国 ・年間予算： 約1,000 億円 ・加盟国：　ヨーロッパ２０カ国 ・年間予算：　約1,000 億円 ・職員：　約2,500 人 ・ユーザー：　約10,000人（世界71カ国から） ・1990年　WWWを発明した。 ・15年かけてＬＨＣ加速器を建設し、現在運転中。

LHC ( Large Hadron Collider ) 周長　26.6 km 主な実験装置 ATLAS CMS ALICE LHCb 計画承認 1994 建設完成 2008 建設コ費～１兆円

CERN理事会における日本政府代表 CERN DG Chris Llewellyn Smith 与謝野文部大臣 ダルマ 1995年6月23日 に与謝野馨文部大臣がCERN理事会に出席し日本によるLHC建設協力を表明した（非加盟国の中では日本が最初）。その後も日本は資金協力を行い、総計138.5億円の建設資金協力を行った。 5

CERNを利用するユーザーの国別分布（2011年6月27日現在） 71カ国から 10482名 加盟国： 62 % オブザーバー国：29 %（日本 1.8 %） 　　国別順では アメリカ　1786 名 イタリア　1406 名 ドイツ　　1220 名 ロシア　　 822 名 フランス　 905 名 イギリス　 732 名 　　・・・・・・ 日本　　　 190 名 6 6

物質は何から出来ているか？ 電子（e） u u d 陽子（p） u 水分子（H2O） 酸素原子（O） d d 中性子（n） クォーク

自然界に存在する４つの力 強い力 > 電磁気力 > 弱い力 >>> 重 力 原子核を作る 光・原子・分子 　　　　　　強い力　>　電磁気力　　>　弱い力　>>>　重　力　　　　　　　　　　　　　 原子核を作る 光・原子・分子 ・結晶・半導体・ 電波・雷・・・・ 原子力・原爆・ 水爆・太陽・・・ 放射能 落下りんご 月・太陽・星・・・体重 力を伝える粒子：　　グルーオン　　　　光　　　　　　Ｗ、Ｚ粒子　　　　　 グラビトン その粒子の質量 :　　　　0 0 陽子の100倍　 　　　0 なぜか？ ヒッグス粒子がなくてはならない！

素粒子 mg=0 mW=80 GeV mZ=91 GeV ヒッグス粒子のみ未発見。 この発見がLHC計画の主目的。 9

標準理論の方程式 ヒッグス場（赤い部分）がないと 素粒子が質量を持てない。 10 自発的対称性の破れの提唱 2008 CERNのT-shirt (お土産グッズ） 自発的対称性の破れの提唱 南部陽一郎 R.ブラウト F. エングラー , P.ヒッグス ヒッグスメカニズムの提唱 1979 標準理論の方程式 ヒッグス場（赤い部分）がないと 素粒子が質量を持てない。 S.ワインバーグ,　　 A.サラム, 　　S.グラショー　 電弱理論の提唱 10

ヒッグス場による質量の創生 11 宇宙初期 現 在 本来、粒子の質量はあってはならない。 ←理論（対称性）の要請 本来、粒子の質量はあってはならない。　←理論（対称性）の要請 現在の真空はヒッグス場で満ちている。　←南部のアイデアが素になっている。 W/Zやクォークはヒッグス場に引かれ質量をもつ。光はヒッグス場を感じない。 ヒッグス場があるとヒッグス粒子が存在するはず。 ク オ ー 光 速 レ プ ト ン 　現　在 W よ り も 遅 い 抵 抗 ヒ ッ グ ス 場 の 海 宇宙初期 相転移 註：　実は　陽子の質量　= 　クオークの質量（２％）＋強い力（９８％） 11

アインシュタインの質量エネルギー等価式 E = MC2 光速 ：原子力・原水爆 　核融合・太陽/星 エネルギー 質量 ：加速器・ビッグバン エネルギー 質量 （註１）広島の原爆では1kgのウラン235が核分裂して0.7gの質量がエネルギーになった。 （註２）LHCのエネルギーでは陽子の約1万倍の質量をもつ粒子を作り出せる。

加速器の原理 電場で加速する ビーム 陽子 力 磁場で曲げる 力 磁場 電流 （フレミングの左手の法則）

加速器の主要素：超伝導電磁石 1232 台の超電導電磁石がビームを曲げる。

建設中のアトラス実験装置　2005年11月

端部ミューオントリガー装置 (日本＋イスラエル＋中国) ATLAS : 日本が担当者た検出器の例　 端部ミューオントリガー装置 (日本＋イスラエル＋中国) つくば市 つくば市 神戸大学 セルンの地下実験ホール セルン地上

LHC建設に貢献した主な日本企業 推定規模億円(註) ジーエヌディー トリガー用電子回路 古河電気工業 LHC加速器 超伝導ケーブル ～20* 新日本製鐵 双極電磁石の特殊ステンレス材 ～50* 東芝 収束用超伝導四極電磁石 ～15* ＪＦＥスチール 電磁石用非磁性鋼材 ～5* カネカ 電磁石用ポリイミド絶縁テープ ～10* IHI (+Linde) 低温ヘリウムコンプレッサー アトラス 超伝導ソレノイド ～10 浜松ホトニクス アトラス,CMS, LHCb シリコン検出器, 光電子増倍菅,光検出ダイオード 川崎重工業 アトラス,CMS LArカロリメター容器, 鉄構造体 林栄精器 ワイヤーチェンバー ～5 信号読み出し集積回路 ～2 ソニー 検出器信号アンプ ～1 ジーエヌディー トリガー用電子回路 フジクラ 耐放射線性光ファイバー クラレ シンチレーションファイバー 有沢製作所 銅箔ポリイミド電極シート 古河電気工業 新日本製鐵 東　芝 浜松ホトニクス （註）推定規模は、部分的な情報から推定しており、実際の契約額と相当にずれている可能性があります。 あくまでも企業の貢献の規模の目安にすぎません。＊印は日本による建設協力資金が使用された事を示す。　　

実際に観測されたイベントの例。このような衝突が毎秒２千万回起こっている。

４本の高エネルギーのミュー粒子（→矢印）が出てくる。 ヒッグス粒子が発生すると m m m m ４本の高エネルギーのミュー粒子（→矢印）が出てくる。

ヒッグス粒子さがしの現状 [公式発表] ２つの実験チームはヒッグス粒子とみられる新粒子を質量125～126 GeV付近に観測した。 アトラス実験チームの結果 CMS実験チームの結果 　　観測されたイベント数 ヒッグス粒子の質量 [GeV] ヒッグス粒子の質量 [GeV] [公式発表] ２つの実験チームはヒッグス粒子とみられる新粒子を質量125～126 GeV付近に観測した。

LHCで発見 されるかも 我々の宇宙の４％しか理解してない！ 21 重力レンズ効果 銀河クラスターの衝突 銀河の回転速度 暗黒エネルギー 暗黒物質 銀河クラスターの運動 LHCで発見 されるかも 光を出す通常物質 ３°Ｋ宇宙背景輻射 我々の宇宙の４％しか理解してない！ 21

でも超対称性粒子はまだ１つも見つかってない。 超対称性粒子があると大統一が可能になる。 既に見つかっているもの 暗黒物質の 有力候補 ニュートラリーノ でも超対称性粒子はまだ１つも見つかってない。 22

2009.5.3 野田聖子 内閣府特命担当大臣 他内閣府より９名 日本からのCERN訪問者の例 2009.5.3 野田聖子　内閣府特命担当大臣　他内閣府より９名　 　野田国務大臣訪問時の写真は　　http://atlas.kek.jp/sub/photos/CERNVisitors/2009/ 　右のページに掲載：　　　　　　　　　http://cdsweb.cern.ch/record/1175345　

ま と め １．セルン（CERN）を全世界からの研究者が使っている。 ２．物質はクォークとレプトンから出来ている。 ま　と　め １．セルン（CERN）を全世界からの研究者が使っている。 ２．物質はクォークとレプトンから出来ている。 　　その間に働く力は４種類ある。 ３．超電導を使った加速器で新粒子を作る（E→mc2）。 ４．ヒッグス粒子とみられる新粒子が観測された。 5.　ビッグバン直後の物理法則を研究している。 　　超対称性粒子や暗黒物質も発見されるかも。