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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・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。

周長　 26.6 km

主な実験装置ATLASCMS

ALICELHCb

計画承認 1994建設完成 2008

建設コ費～１兆円

LHC ( Large Hadron Collider ) 　

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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

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水分子（ H2O ） 酸素原子（ O ）

陽子（ p ）

電子（ e ）

中性子（ n ）

ud

u

udd

クォーク

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強い力　　 > 　　電磁気力　　 > 　　弱い力　　>>> 　　重　力　　　　　　　　　　　　　

原子核を作る

自然界の４つの力

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

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加速器を使って 3 つの力を研究中　 → → →　ヒッグス粒子があるはずだ！

粒子を交換することによって力が伝わる。

　力（相互作用）は粒子の交換で伝わる

1949

湯川秀樹

強い力　 > 　　電磁気力　 > 　　弱い力　　>>> 　　重　力　　　　　　　　　　　　　

力を伝える粒子：　グルーオン　　　　光　　　　　　Ｗ、Ｚ粒子　　　　　 グラビトン力の到達距離：　　　　短い　　　　　無限大　　　　　　短い　　　　　　　無限大

粒子の質量 : 　　　　 0 0 陽子の 100 倍　 　　　 0

6なぜか？

ヒッグス粒子のみ未発見。この発見が LHC 計画の主目的。

素粒子

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mg=0

mg=0

mW=80 GeVmZ=91 GeV

S. ワインバーグ , 　　 A. サラム , 　　 S.グラショー　

1979

ヒッグス場がＷ、Ｚ粒子やク

ォーク・レプトンの質量を作る。

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

南部陽一郎

2008自発的対称性の破れの提唱

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• 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。

クオーク

光速 光速

レプトン

　現　在

W光速

レプトンクオーク

光速よりも遅い光速よりも遅い

抵抗抵抗

W 光速よりも遅い

抵抗

ヒッグス場の海

光光 光速

宇宙初期

ヒッグス場による質量の創生

相転移

註：　実は　陽子の質量　 = 　クオークの質量（２％）＋強い力（９８％）9

アインシュタインの質量エネルギー等価式

E = MC2

エネルギー 質量 光速

エネルギー 質量 ：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10

加速器の原理

電場で加速する

（フレミングの左手の法則）

陽子

力)( BυEF e 力

磁場

電流

磁場で曲げる

ビーム

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加速器の主要素：超伝導電磁石

1232 台の超伝導電磁石がビームを曲げる。 12

建設中のアトラス実験装置　 2005 年 11 月 13

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 )

神戸大学

つくば市

セルン地上 セルンの地下実験ホール

つくば市

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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。15

ヒッグス粒子が発生すると

４本の高エネルギーのミュー粒子（→矢印）が出てくる。 16

mm

m

m

ヒッグス粒子さがしの現状　

　観

測さ

れた

イベ

ント

数

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　　　　　予想：2012 年中に発見できる

世界の物理学者がここ40 年探してきたので大発見となる。トップニュース・新聞一面記事は確実。

ここに兆候が見える。 CMS 実験にも。

ヒッグス粒子の質量 [GeV]

LHC で 10-12 秒後までさかのぼる！

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銀河クラスターの衝突重力レンズ効果

３ ° Ｋ宇宙背景輻射

銀河の回転速度

銀河クラスターの運動

我々の宇宙の４％しか理解してない！

暗黒エネルギー

暗黒物質

光を出す通常物質

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LHC で発見されるかも

超対称性粒子があると大統一が可能になる。

でも超対称性粒子はまだ１つも見つかってない。

2

1spin)(

暗黒物質の有力候補

ニュートラリーノ

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既に見つかっているもの

1 TeV 付近に超対称性粒子群があれば、３つの力が 1025 eV 付近で一点に交わる！　　

LHC で到達できる部分

観測値

大統一理論

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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．超伝導を使った加速器で新粒子を作る（ E→mc2 ）。

４．ヒッグス粒子がもうすぐ発見されるかも知れない。　　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。

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