- 著者
-
金 信弘
受川 史彦
- 出版者
- 一般社団法人 日本物理学会
- 雑誌
- 日本物理学会誌 (ISSN:00290181)
- 巻号頁・発行日
- vol.72, no.6, pp.388-397, 2017-06-05 (Released:2018-06-05)
- 参考文献数
- 35
現在,素粒子とその相互作用を実験結果と矛盾なく説明する素粒子標準模型によると,物質の構成粒子であるクォークとレプトンはそれぞれ弱アイソスピン対をなして3世代6種類存在すると考えられている.また,この標準模型では,ゲージ原理により生じるゲージボソンとして,強い力を伝えるグルオン,電磁力を伝える光子,弱い力を伝えるW,Zボソンが存在し,さらに標準模型の基本仮説として真空中に凝縮して素粒子に質量を与えるヒッグス粒子が存在する.また,我々の物質宇宙が存在するために不可欠な粒子・反粒子対称性の破れを説明するために,1973年にクォークが3世代以上ある小林・益川理論が提唱された.その後1977年に第3世代のボトムクォークが発見されて以来,その弱アイソスピンのパートナーであるトップクォークは長い間,多くの衝突型加速器実験で探されてきた.1983年のWボソンとZボソンの発見により,素粒子標準模型で予言されていて未確認な素粒子はトップクォークとヒッグス粒子のみとなった.米国フェルミ国立加速器研究所のテバトロン衝突型加速器を用いた陽子・反陽子衝突実験CDF(Collider Detector at Fermilab)は1985年の初衝突以来,1987年に重心系エネルギー1.8 TeVの衝突データ収集を開始し,その後の改良により2001年から重心系エネルギーを1.96 TeVにあげて,2011年9月のテバトロン運転終了まで,世界最高エネルギーの陽子・反陽子衝突データを収集した.CDF実験では,世界最高エネルギーの加速器を用いて,新しい素粒子・新しい物理の探索を30年の長きにわたって遂行し,多くの重要な物理の成果をあげて,素粒子物理学の発展に寄与してきた.特に1995年にはトップクォークの発見という輝かしい業績をあげた.6番目のクォークであるトップクォークは多くの衝突型加速器実験で探索されてきたが,発見されず,20年来の素粒子物理の宿題となっていたが,CDF実験によって,ついに解決した.CDF実験ではヒッグス粒子の探索も強力に推進してきた.ヒッグス粒子の質量は輻射補正を通してトップクォークとWボソンの質量と関係づけられるので,トップクォークとWボソンの質量を精密に測定することによって,ヒッグス粒子の質量の上限を決定した.またヒッグス粒子を直接に探索した結果とあわせて,ヒッグス粒子の質量範囲を147 GeV/c2以下と特定した.そのヒッグス粒子は2012年にスイス・ジュネーブにあるCERN研究所のLHC陽子・陽子衝突型加速器を用いたATLAS,CMS実験によって発見され,現在では素粒子標準模型で予言されていて未発見な粒子はなくなった.CDF実験では,上記のトップクォークの発見以外にも,2006年にB0s中間子の粒子・反粒子振動を観測して,小林・益川理論が正しいことを精密に検証し,1998年には15種類ある基本中間子のうちの最後の中間子であるBc中間子を発見するなど,多くの重要な物理成果をあげた.現在も物理解析を続けていて,結果を論文で報告している.ここに,その30年の軌跡を振り返る.