反宇宙人とは握手をするな！ B-ファクトリーで何がわかるか？

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1 反宇宙人とは握手をするな！ B-ファクトリーで何がわかるか？
------反宇宙人の見分け方教えます 高エネルギー加速器研究機構（KEK) 幅　淳二 幅　淳二 幅　淳二

2 AFM image by IBM, CsI molecules on copper
まず物質は何からできてるか： 顕微鏡でクローズアップすると・・・。 電子 原子核 AFM image by IBM, CsI molecules on copper

3 物質の成り立ち （素）粒子からできている 陽子 クォーク 原子核 原子 電子 ＋ ー 1000兆分の1メートル

4 反物質によるワープエンジン 光子魚雷 （物質と反物質の混合物 を投射） 反物質：SFの世界ではお馴染み 光速を超えてワープ航法

5 反物質の成り立ち 反粒子からできている 反原子 反原子核 ー 反陽子 ＋ 反クォーク 反電子 (陽電子)

6 反粒子と粒子が出会うとお互いに消滅、 大きなエネルギーが解放される。

7 反物質は、反陽子と反中性子でできた「反原子核」の周りを陽電子が回る「反原子」から構成される。
反原子、反物質そして反宇宙 陽電子 電子 実際に2002年ヨーロパのCERN研究所では、反水素原子の合成に成功している。 u d u d 陽子 反陽子 水素原子 反水素原子 反物質は、反陽子と反中性子でできた「反原子核」の周りを陽電子が回る「反原子」から構成される。

8 銀河系周辺を航行中に君たち知的生命体の存在を感知した。これからそちら（地球）に立ち寄って親善を深めたい。
２００６年６月４日 対称だったはずの物質と反物質、しかし この宇宙には物質だけが残っているようにみえる 宇宙からの交信があった。 初めての「未知との遭遇」。歓迎準備で地球は大パニック！ 最初の乾杯はビール？ ワインより日本酒がお気に召すかも！ 中華料理が無難かしら？ そもそも地球の大気で窒息しない？ 　　　？？？？？？ 銀河系周辺を航行中に君たち知的生命体の存在を感知した。これからそちら（地球）に立ち寄って親善を深めたい。

9 ある物理学者がふとつぶやいた・・ ところでやつらは、反宇宙から来た反宇宙人じゃないだろうな。つまり、体も宇宙船も反物質からできている。

10 物質と反物質の遭遇 陽電子 電子 u d u d 陽子 反陽子 水素原子 反水素原子

11 もし訪問者が反物質宇宙からやってきた反宇宙人だったら・・・。
だとしたら、地球の大気に触れたとたん、粒子と反粒子が対消滅して大爆発だ。 大急ぎで確認するんだ。

12 ところでどうやったら確認できる？ 「いい考えがある」 素粒子物理学者が言った。 「最近Ｂファクトリーで発見された現象を利用すればよい。」
粒子と反粒子は相対的な概念だ。反宇宙では反粒子が「普通」の粒子。「あなた方は反宇宙人ですか」と尋ねてても意味はない。 交信は電磁波（つまり光子）を使ってる。反物質製の送信機が相手でも区別はつかない。 電荷もまた相対的な概念だ。原子を回る電子の電荷の＋／－を尋ねても意味がない。

13 Bファクトリー： 電子陽電子衝突反応で素粒子ペアの大量生産が可能
衝突のエネルギー

14 短い寿命の間飛行した後ずっと軽いふつうの素粒子に分解(崩壊）する。 B中間子とその反粒子がペアとなって発生する。
ベストコンディション（１．６X１０３４／cm２／秒） で毎秒１６ペアを量産 一億個作るのには・・・・・・・ １億個÷１６÷６０÷６０÷２４＝７２日 電子（８ＧｅＶ） 陽電子（３．５ＧｅＶ） B B 10.58GeV/c2 ¡(4S) 短い寿命の間飛行した後ずっと軽いふつうの素粒子に分解(崩壊）する。 B中間子とその反粒子がペアとなって発生する。

15 粒子と反粒子：その違いをB中間子に探してみると・・・・・。
（－） e‐ e+ B p+ p- K- K+ 　粒子と反粒子：その違いをB中間子に探してみると・・・・・。 10万回に一度ほど すべての粒子と反粒子は 全く対等な関係 観測された信号の強さ 　　　　　　　　　　　（事象数）に違いがある！ つまり粒子と反粒子で性質が異なる。 (区別できる現象がある。) < 950 1150

16 反宇宙人の見分け方を考えてみよう 中性Ｂ中間子を、正反それぞれ一億個ずつ用意する。
ご用命は、つくば・高エネルギー加速器研究機構・飯田まで。ただし生産には現在のところ約一年かかります。 どんどん崩壊しますが、かまいません。なにせ寿命は１．５ピコ秒（約１兆分の一秒）なので。 Ｋ中間子とπ中間子に崩壊した事象を選んで下さい。10万に一つですので見間違えのないようお願いします。 Ｋ中間子の符号（プラスとマイナス）で分類。事象の多かったのはどちらでしたか。 多かったＫ中間子の符号を、原子中で軌道を回る粒子（われわれの世界なら電子）の符号と比較。 我々の世界ではK中間子はプラスが多くて電子の符号はマイナス。 宇宙人に彼らの結果を尋ねなさい。 反対符号ならＯＫ！彼らはわれわれ同様、物質世界の通常宇宙人だ。握手をしても消滅しない。親善を深めよ。 だがもし、同符号なら・・・・

17 ヘリウム以上の反原子核は見つかっていない。
そもそも反宇宙は あるでしょうか？ ヘリウム以上の反原子核は見つかっていない。 気球による大気圏上空（３７ｋｍ）で探す反宇宙からの反物質ー 　　　　　　（BESS）実験

18 粒子 反粒子 宇宙の始まりはビッグバン・・・ その直後、粒子と反粒子は 正確に同じ数作られた。 ホンの少しの性質の違い から粒子の数がわずかに （１０億分の一）多くなった。 やがて宇宙全体の温度が下がっていき、 「粒子」と「反粒子」は相手を見つけて次々消滅、現在の宇宙の エネルギー(光)となった。 わずかに残った「粒子」が、現在の宇宙の物質（星）や私たち生命となった。

19 この宇宙には反物質はほとんどなさそうだ。
Bファクトリーによって粒子・反粒子の間にはほんのわずかな違いがあることがわかった。 その違いのために大量の(中性な）エネルギーとほんのわずかの「粒子」(物質)が残った。 そのわずかな物質のおかげで私たちは生まれた。

20 最後に： 粒子・反粒子の非対称CP対称性の破れ
Belle 検出器 最後に： 粒子・反粒子の非対称CP対称性の破れ KEKB加速器 ノーベル賞が待ち遠しい！ 日本の理論、日本で証明◎ 小林益川モデルの提唱（1973） ３世代６種類のクォークで定式化可能 当時は３種類のクォークしか見つかっていなかった！ 大胆な予想 小林誠 益川敏英 （その後３０年かかって すべてのクォークが発見された）

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22 補足資料

23 CP対称性研究のために粒子と反粒子をつくる
人工的に粒子と反粒子を作り出し、その性質の違いを探る。 違いが最も際立つと予想されるｂクオークのシステム（Ｂ中間子）にターゲットを絞る。 電子と陽電子（これまた粒子と反粒子）を加速、衝突させてＢ中間子のペアを大量生産する。（Ｂファクトリー）

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25 Summary Ｂファクトリーは素粒子のフレーバーの謎を解き明かすユニークなマシンだ。
KEKB はルミノシティ性能で世界のトップを走り続けている。 ユニタリー三角形は予想を上回るはやさで、確定されつつある。 今後数年では１０億個のB中間子対を生産。 もっと稀な（珍しい）現象の研究（10-8の感度） 小林・益川理論の限界がみえるかも 標準理論を越えた新物理（超対称性理論など） クオークもレプトンも３世代。何か深い理由があるに違いない。そのヒントが見つかるか。

26 相対性理論の簡単な2次方程式 E2 =p2c2 + m2c4 マイナスもあります 素粒子のエネルギー 運動の勢い 質量
(p=0 とするとみんなが知ってるE=mc2の式です。） だから、エネルギー　E = +/- マイナスもあります

27 アインシュタインは正しかったーー 電子と反電子(陽電子)が消滅してその質量(重さ)に相当するエネルギーE=mc2 の光子が放出された。

28 “10Hz for L=1034” Y(4S) _ g B0B0 (~50%) g B+B (~50%) 10.58GeV/c2
Just above the threshold “10Hz for L=1034”

29 電子陽電子(粒子・反粒子)消滅の強い信号を発している銀河系の中心部
Credits: ESA/J. Knödlseder (CESR) and SPI team

30 自然界の法則は粒子と反粒子で全く対等に見える
ディラックは、反粒子の存在を予言した。(1928) 相対性理論を量子力学に取り入れて、素粒子の振る舞いを説明するディラック方程式を導いた。 よく知られてるのは P. A. M. Dirac 反粒子は粒子と質量や寿命は等しく、 電荷の大きさも等しいが、符号が反対。 すべての素粒子は、反粒子をもつ。