物質と反物質の非対称性を探る実験山中卓

阪大・物理VL

VL

左右対称とは：
左右をひっくり返すいたずらをされても気がつかない

いたずらがわかる
対称性が破れている対称6V
L対称性が破れている

左右をひっくり返す

白と黒をひっくり返す
左右をひっくり返すと符号が逆になっていただけ× (‒1)+1 ‒1

× (‒1)‒1 +1+1 ‒1

左右ひっくり返しても、「符号」が反対なだけ

「反対称」

9

対称
反対称

対称な手品

対称
反対称

粒子と反粒子−eud
陽子(uud)+¯π (ud)0¯K̄ (sd)+e!
ū¯d¯反陽子(ūūd)!
−π (ūd)0
K (s̄d)11クォーク
クォーク３つクォークと反クォーク

素粒子の左右素粒子の反応を使って、左右対称か、反対称かを決める
粒子の状態を表す波動関数の形

π中間子は「反対称」(P= ‒1)

12f1(x)xC(粒子・反粒子)とP(左右)をひっくり返す+ − C− + P+ −π ππ ππ πCPππのCPの符号 =×f1(x)=‒1f1(x)xy‒1+1xx素粒子がこわれると‒1

CP= +1CP対称な手品

CP= ‒1

‒1 xx

‒1

= +1

‒1

= ‒1x -1CP対称性の破れ!!!
1964 Cronin, Fitch,Turlay, Christensen→ノーベル賞 (1980)

CP= ‒115!

CP= +145個

多くの理論超弱モデル

小林 益川理論

数々の実験による検証
16

どっち?!?
KL → π π ??? KS → π π
KL → π 0 π 0
KS → π 0 π 0+ −=CP– → CP+CPを破る+ −CP+ → CP+CPそのまま超弱モデルは「=」小林益川は「 」
米国の実験

対

ヨーロッパの実験

17アメリカのFermilab
800GeV 陽子加速器

2km

18

中性K中間子の作り方

陽子

磁場で荷電粒子を曲げる
金属棒

19中性K中間子

Photon Veto Detectors

Muon Muon
Filter Veto

Analysis Magnet

20 cm

CsI

Vacuum Decay Region
KLbeams

Vacuum Window

Regenerator

Drift
Chambers

120

140

160
Distance from Target (m)Trigger
Hodoscopes
Hadron Veto
with Lead Wall180

素粒子の見方その1電荷を持った粒子
原子e原子の電子を蹴り出す
高電圧をかけておくとe電子が他の原子の電子を蹴り出す
なだれ現象で大きな信号

21e+HV20 cmAnalysis Magnet+−
Photon Veto Detectors

K→π πMuon Muon
Filter Veto

CsI

Vacuum Decay Region
KLbeams

Vacuum Window

Regenerator

磁場

Drift
Chambers

120

140

Kが壊れた場所
160

Distance from Target (m)Trigger
Hodoscopes
Hadron Veto
with Lead Wall

運動量180Photon Veto Detectors

Muon Muon
Filter Veto

Analysis Magnet

20 cm

CsI

Vacuum Decay Region
KLbeams

Vacuum Window

Regenerator

γγγγ

Drift
Chambers

120

140

Trigger
Hodoscopes
Hadron Veto
with Lead Wall

160
180
Distance from Target (m) γを見る装置

0 0K→π πガンマ線の見方
電子と陽電子のシャワー
CsI結晶が蛍光を出す

γ−e+e25

262KLとKsの比は1.2 0.17%ずれている

Events per 1 MeV/c

1100万個のKL→ππ105104103102(a)2460
vents per 1 MeV/c27610ヨーロッパの実験も同様の結果
超弱理論ではない

10480

500520540

Vac beam π π mass(c)小林・益川
理論がより確かに

1061051041032+ − MeV/c

B中間子の実験
0B (ub̄), B (ūb)
0

小林・益川が正しいなら、大きなCPの破れ（三田、Bigi)

−e+e0
B0

B
28J/ψB0
J/ψ

B0
B→J/ψ Ksの崩壊数

Ks!

CP=+1Ks

筑波の研究所
B0

アメリカの研究所

B0
崩壊までに飛ぶ距離100µm茨城県つくば市
高エネルギー加速器研究機構
ee+3.5GeV陽電子
RBTD"8#$/&1(%/'8GeV電子SD"8#"+"7(%/'"+"%)(/%

VRW#73@H&@G
GBSX#0E@G="++"#:"("7(/%^_#.1"*

61+17/'#8"%("9#:"("7(/%:/5E+"@&1-"-#61B#6(%1$#&"'&/%&Q#HWX741$&
L77"$()'7"Q##Gh#o#p;-"2<#o#GTV#####################HV#o#%;33<#o#SS^")-/5(#74)''"+&Q#GGVTUH
J%122"%#Q#GHS#74)''"+&#`^#/5($5(50µmB ! J/" Ks candidate

BELLE

De+ e− → Υ → B 0 B̄ 0e#∗+ −e ν̄(J/")

B̄ 0の同定e!
(J/")

J/ψKSπ+ π−e+ e−
10 cm$#KS$!

(Nq =!1!Nq =+1)/(Entries/ps

Bと反Bの間で大きな差-0.5
6000.5400
0200-0.5
0-80.5

B→J/ψ Ksの崩壊数
q =+10.5<r 1.0f

q f=!1B0(Nq =!1!Nq =+1)/(Nq =!1+Nq =+1)00<r
米国カルフォニ
-6 0.5-4 -2 0 B 2468t(ps)
崩壊まで
アの研究所も同0様の結果 00か
図 13: 上：B → J/ψKS 崩壊などの、崩壊の時間分布。
B-0.5

小林・益川
壊れる場合で、時間の分布がことなることがわかる。下：ずれが時間における白丸と黒丸で示した事象数の差を、それらの和で割理論がさらに5 将来の実験
38
確からしくさて、標準理論の一つの骨格である小林・益川による
CP 対称0.5<r 1.00.50-0.5-8-6-4-20t(ps)24680か
図 13: 上：B 0 → J/ψK崩壊などの、崩壊の時間分布。
B
からしくなった今、CP の破れについての実験は、標準理論を越えS

次: SuperKEKB
約50倍の数のB中間子対高精度の測定
稀な崩壊モードを用いた研究
特に、標準理論を越えた新しい物理39

K中間子の実験
東海村で建設中のJ-Parc 50GeV陽子加速器

0KL → π ν ν̄ の分岐比の精密測定

Bの結果との食い違い＝標準理論を越えた新しい物理

40

J-ParcでのKの実験

新聞の見出し「小林・益川、ノーベル賞受賞」「小林・益川を越える新しいCPの破れを発見」「、新しいCPの破れの発見でノーベル賞受賞」
42