2012/7/4

ICHEPで発表されるLHC実験の最新成果

発表者

  • 浅井 祥仁（東京大学大学院 理学系研究科 准教授）
  • 小林 富雄 （東京大学 素粒子物理国際研究センター 教授、アトラス日本グループ共同代表者）
  • 海野 義信（高エネルギー加速器研究機構 素粒子原子核研究所 准教授）
  • 他アトラス日本グループ

概要

ジュネーブ郊外にある欧州素粒子原子核研究所（CERN）の大型ハドロン衝突型加速器（LHC）は、ヒッグス粒子やテラスケール (1012電子ボルトのエネルギースケール)での新しい素粒子現象の発見を目的に建設され、2009年より本格稼働を始めました。素粒子の標準理論では、ヒッグス粒子は、素粒子の質量の起源と考えられている未知の素粒子であり、世界中の研究者によって40年の長きにわたって様々な実験で探索され、LHCでの発見に強い期待が寄せられています。

真空は実はからっぽなのではなく、ヒッグス場と言われる特殊な場で満たされており、その中を運動することで素粒子に質量が生じると考えられています。世界最高エネルギーを生み出す加速器であるLHCでは、真空に満ちているヒッグス場を粒子として取り出し観測することを目指しています。ヒッグス粒子の発見は、我々が住んでいる世界が、南部陽一郎 博士(2008年ノーベル物理学賞受賞)が提唱した「自発的対称性の破れた」状態にあることを示す証拠であり、宇宙がビックバンからどのようにして現在の多様な姿になったのかという謎を解き明かす鍵となります。

LHCの2011年のデータからヒッグス粒子の探索が順調に進み、標準理論のヒッグス粒子が存在する場合、その質量は117-118GeV/c2 又は 123-128GeV/c2 の狭い領域に絞りこまれることがわかりました。しかし、さらなる絞り込みのためにはより多くのデータが必要です。2012年の実験に大きな期待がかかっています。

2012年もLHC加速器は順調に稼働し、6月18日までの第一期データ収集で、二つの大きな実験グループ（アトラス実験とCMS実験）はそれぞれ昨年と同等以上の積算ルミノシティ6fb-1以上のデータを収集できています。両実験はこれらのデータを用いてヒッグス粒子の探索を進め、7月4日よりメルボルンで開催される国際会議（ICHEP）でこの結果を発表します。

詳細については下記をご覧ください。

長年探索してきたヒッグスボゾンとみられる粒子を CERN の実験で観測

ジュネーブ発 2012 年 7 月 4 日、本日のＣＥＲＮでのセミナーは、メルボルンで開かれる今年の重要な国際会議ＩＣＨＥＰの序幕となるものであるが、そこで、ATLAS と CMSの両実験は長年続けてきたヒッグス粒子の探索に関して最新の暫定結果を発表した。両方の実験ともに質量 125-126GeV 付近に新粒子を観測した。

「私たちは、126GeV 付近の質量領域に、5σ程度の、顕著な新粒子の信号を観測した。LHC と ATLAS 測定器の非常に優れた性能と、多くの人の多大な労力により、このすばらしい結果が出てきた。」ATLAS 実験代表者のファビオラ・ジャノッティ氏は語る。「しかし、この結果を論文として正式発表するまでにはもう少し時間が必要である。」

「今日見せる結果はまだ暫定的なものであるが、125GeV 付近に 5σの信号が見えているということは画期的だ。これはまさに新粒子である。（スピンが整数の）ボゾン（ボーズ粒子）であることがわかるので、これまで発見されたボゾンの中で最も重いものだ。」CMS の実験代表者のジョー・インカンデラ氏は語る。「これが意味するものは非常に重要で、だからこそ私たちは非常に念入りに解析と検証を進めなくてはいけない。」

「この結果には興奮を禁じ得ない」CERN の研究担当副所長のセルジオ・ベルトルッチ氏は続ける。「昨年、私たちは『2012 年にはヒッグス粒子のような粒子を発見するか、標準理論が言うヒッグス粒子を否定できる』と言った。非常に慎重に進めないといけないが、私には今や重要な分岐点にいると思われる。この新粒子が観測されたということで、さらに精密な理解をするための今後の道筋が見えてきた。」

今回セミナーで見せた結果は「暫定的」なものである。2011 年と 2012 年に収集したデータを基にしているが、2012 年のデータはまだ解析途中にある。今回の解析結果の最終公表は 7 月末になると考えられる。ＬＨＣの両実験がさらにデータを収集した後に、今年中には今回の観測結果の全体像が見えてくる。

この粒子の性質を精密に測定し、宇宙を理解するうえでどのような役割をはたしているかを明らかにすることが次のステップである。この粒子の性質は、長年探してきた標準理論最後の未発見粒子、ヒッグスボゾンと一致するのか？あるいはもっと奇妙な粒子であるのか？ 標準理論は、我々自身や宇宙で実際に見えている物質を形作っている基本粒子の性質と、その間に働く力を記述する理論である。しかし我々が観測できる物質は宇宙全体のわずか 4％に満たないと考えられている。ヒッグス粒子の性質が標準理論の予想と異なることがわかれば、まだ得体のしれない宇宙の 96%の成分の理解につながる可能性がある。

「自然を理解する上での新たな段階に入った」CERN 所長のロルフ・ホイヤー氏は語る。「ヒッグスボゾンとみられる粒子の発見は、それの詳細な研究へと続いていく。たくさんのデータを溜めることで、新粒子の性質をさらに調べることができ、そこから我々の宇宙の他の謎を解き明かすことができるかもしれない。」

新粒子の特徴をきちんと同定するには、多くのデータと時間が必要だ。しかし、ヒッグス粒子がどのような形で現れようとも、物質の基本構造に対する我々の理解は、今まさに次の段階に進むといえる。

（日本時間2012年7月4日17:00発表）