1 関西中部地方 Ｂ中間子の物理研究会 はじめに. 趣旨 2  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.

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1 1 関西中部地方 Ｂ中間子の物理研究会 はじめに

2 趣旨 2  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 ]

3 小林・益川理論の検証 3 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

4 4 KEKB 加速器 e - （ 8GeV) e + （ 3.5GeV) ルミノシティ 2.11 x 10 34 cm -2 s -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

5 Belle 国際研究チーム 5 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

6 次のステップ 6 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

7 ニュートン 力学 マックスウェル 電磁気学 相対性理論 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 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１ TeV 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１ TeV 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

8 素粒子物理学 ：将来の展望 素粒子物理学 ：将来の展望 LHC, ILC T2K, 0  … ニュートリノの物理 エネルギーフロンティア 新しい物理法則の完全な解明 超対称性の理解 クォークとレプトンの対称性 クォークの物理 KEKB の 高度化,K 実験 CP 非対称性, 左右の対称 性, 新物理 ( 超対称性 ) での クォーク混合、荷電ヒッ グスの相互作用、 τ レプ トン数の非保存 … ニュートリノの質量と混 合, レプトン数の非保存 … ニュートリノの質量と混 合, レプトン数の非保存 … ヒッグス粒子, 超対称性 粒子, 時空構造の新しい 理解 … ニュートリノの謎の解明 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 Adventure より転載 “ 多方向からのアプローチ によって新しい物理法則 の 完全解明を図り、未解決 の 宇宙の謎を解き明かす。 ” 未解決の宇宙の大きな謎 力の統一への手がかり

9 新しい物理探索：二つのアプロー チ 宇宙に反物質が存在しない理由？宇宙に反物質が存在しない理由？ 小林・益川理論で は不十分 CP 対称性を破る 未知の物理法則や相互作用 未知の物理法則や相互作用 KEKB の高度化 による解明 による解明 これまでの KEKB で糸口 標準理論は様々な理由で不完全標準理論は様々な理由で不完全標準理論を超えた新しい物理法則標準理論を超えた新しい物理法則 LHC 、 ILC など による解明 による解明 シナジー効果 新しい物理法則の完全な理解新しい物理法則の完全な理解 ILC SuperKEKB LHC “ 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 ”

10 B 実験の物理目標・里程 10 B 中間子でのＣＰ非保存の発見 標準（小林・益川）理論の検証 「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 ~10 36 cm -2 s -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

11 Low emittance positrons to inject e- 2.1 A e+ 3.7 A Low emittance gun Nano-Beam SuperKEKB 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 systems for higher currents. Luminosity Goal : 8 x 10 35 /cm 2 s 11 Belle II

12 詳しくは、このあとの 研究会の講演で お楽しみ下さい 12

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14 陽子  ~ g ~ q ~ ~ qll q _ 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 トンネル効果 エネルギーフロンティア ｖｓ． フレー 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  ~ 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

15 新しい物理法則での CP 非対称性 左手系右手系 弱い相互作用 未知の相互作用 新しい物理法則に現れる荷電ヒッグス粒子 τ のレプトンフレーバーの非保 存 超対称性粒子候補発見 超対称性粒子続々発見 ・・・ 20122014 2018 20162010 2020 SuperKEKB と LHC の相補性 ヒッグス粒子発見 ＬＨＣのルミノシティ アップグレード SuperKEKB ＬＨ Ｃ 高度化した KEKB での測定： ‐ CP 非対称性 ‐左右の対称性 ‐荷電ヒッグス粒子の相互作用 ‐ τ のレプトン数の非保存 など 高度化した KEKB での測定： ‐ CP 非対称性 ‐左右の対称性 ‐荷電ヒッグス粒子の相互作用 ‐ τ のレプトン数の非保存 など LHC での測定： ‐超対称性粒子など新粒子の 発見とその性質の理解 ‐ヒッグス粒子の発見 など LHC での測定： ‐超対称性粒子など新粒子の 発見とその性質の理解 ‐ヒッグス粒子の発見 など ルミノシティ増強

16 Ｂ中間子でのＣＰ非保存の発 見 16 1137 events B 0 tag _ Asymmetry 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)K S 14000 signals 2006 年 [PRL 98,031802(07)+PRD77 091103(08)]

17 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) b  d  遷移の発見 D 0 -D 0 振動の発見 B   崩壊の発見 B→K*ll  崩壊の発見 5.3 M bc (GeV/c 2 ) 17

18 18 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。