175■ 談話室

素粒子データブック

東北大学 高等大学院機構

日笠 健一
hikasa@tohoku.ac.jp

東京大学 素粒子物理国際研究センター

田中 純一
jtanaka@icepp.s.u-tokyo.ac.jp

2022 年 (令和 4 年) 8 月 18 日

Particle Data Book は，高エネルギー物理の研究者なら誰でも使ったことがあるといっても言い過ぎではない

著者の中にリストアップされており，著者の合計は 250名を超える。日本からは現在 10 名がレヴューの著者と文献であろう。iNSPIRE-HEP データベースによれば，なっている。

43300 回（2022/8/8 現在）であり，圧倒的な数を誇って本から日笠）で議論が行われる。また，外部評価として究者になったと感じた方もいらっしゃるはずである。研開催され，活動に対する評価とともに詳細な要望を含む

2010 年版から 2018 年版の 10 年分 の合計引用回数は1いる。読者の中には自らの結果が掲載されて一人前の研究者の間で “PDG” や “Particle Data Book” の愛称で呼ばれている分厚い本, 手帳版, あるいは最近ではウェブ版もあるが, その文献の正式名称は “Review of ParticlePhysics” という。ただ、おそらく通じないので，以下「素粒子データブック」と呼ぶ。

高エネルギーニュースでは，2005 年に中村健蔵氏と筆者の一人が紹介記事 [1] を書いているが，かなりの日時が経過しているので，今回は前回十分書けなかった点を含め，それ以後に重点をおいて改めて紹介する。

1

素粒子データグループ

新たに著者を加える際には Representative Board（日International Advisory Committee が 2 年に 1 回程度レポートが毎回提出されている。この委員には日本から1 名加わることになっており，現在の委員は横山将志氏4である。また，中田達也氏5 が委員長を務めている。

2

素粒子データブックの変遷

素粒子データブックの歴史はすでに 65 年を超える6 。

今までの各版は PDG のウェブページにて見ることができるが，その端緒は 1957 年に A. H. Rosenfeld により作成された表で，M. Gell-Mann と彼によって書かれたストレンジ粒子の総合報告 [3] に含まれていた。翌年バークレーからプレプリントとして発表された 20 ページの素粒子データブックの編集を行っているのは素粒子レポートでは，当時知られていた「素粒子」の表（質量，のは，ローレンス・バークレー国立研究所 (LBNL) で壊モードの表が 2 ページという分量に過ぎなかった。強データグループ (PDG) である。その中核となっている

寿命を含む）は 1 ページに収まっており，それ以外に崩あるが , メンバーは世界中にわたっている。いわゆる素い相互作用で崩壊するハドロン，いわゆる共鳴状態が多10 名程度，世界では 60 名以上おり，それぞれに担当部分が決まっている3 。日本のメンバーがそのうち 6 名とれたのは 1964 年 (Review of Modern Physics) [4] で7 ,2粒子データの集成の部分に関わっているのは LBNL に数発見される前の時期である。最初に学術雑誌に掲載さそれ以降さまざまな雑誌（今までに計 7 誌）に新版が掲なっている。

載されている。言うまでもなく毎回の改訂でページ数はticle Properties” であったが，1996 年から現在の名称また著者も最初の数名から 2 桁増加している。ページ数

素粒子データブックの以前の名称は “Review of Par-になった。これはレヴューの部分が年々充実してきたことを反映している。現行版では 100 以上のレヴューが含まれている。各レヴューの著者も素粒子データブックの1 第 2 章で説明するように 2 年おきの刊行のため 5 冊分になる。
2 2017 年より中核メンバーに INFN から 1 名参加している。

3 ヨーロッパのメンバーのうち一定部分はメソンチームというサブグループを構成していて，「不安定な」（強い相互作用か電磁相互作用で崩壊する）メソンの部分を担当している。

増加し，最新版では 2000 ページを大きく超えている。
は単調増加であるが，物理的な重量は必ずしもそうなっ
4 日本からは過去に近藤敬比古氏，相原博昭氏，田中が委員を務めている。
5 ヨーロッパの機関からの委員という立場になる。
6 最初 20 年弱の経緯は文献 [2] が詳しい。
7 バークレーと並行して，ヨーロッパでは当時コペンハーゲンにいた M. Roos が単独で同様の表を出版していた [5]。 この 2 者が協力することになり，1964 年から Roos が著者に加わった。ヨーロッパのグループはこれから発展してメソンチームとなった経緯がある。

276ていない。これは出版社が同じでなく，使われている紙の紙質による。

携帯可能な手帳版（ブックレット）は 1968 年に始まり，内容量と携帯性とのバランスを取りつつ今に至っている。以前はダイアリーなども毎年配布されていたが，これは財政難もあり中止となっている。一方で 1995 年

よりウェブサイトが開設され，それまで基本 2 年ごとであった改訂が毎年行われるようになった（ただし雑誌の出版は 2 年に一度）。当初は各セクションの PDF ファイルが置かれているだけであったが，近年は interactiveになり (図 1 左)，使い勝手がよくなっている。また最近

では Android 用のアプリ (図 1 右) も登場している8 。

紙の出版物の必要性は以前から議論されており，何度かアンケートも実施されている。全体としてはウェブの利用にシフトしてきているが，紙媒体に対する要望も根強く，今のところ学術雑誌による出版が継続されている。図 2 は 2000 年以降に出版された 12 冊の表紙のスナップショットである。

図 2: 2000 年以降に出版された PDG 雑誌。中央上の 2冊が PTEP からの 2020 年版と 2022 年版。

る。これらの値は基本的に最も信頼できる測定値とされる。レヴューは年々充実しており，物理定数からはじまり，標準模型，天体物理・宇宙論，実験手法，確率統計，運動学，断面積データ，各素粒子の性質，仮想的粒子探索など，2022 年度版では全 95 項目のレヴューがある。これ以外にもデータ集成の中に，個別のテーマに関するレヴューが埋め込まれており，全部で 120 になる。

データ集成は，平均値を導くのに使用された各実験のデータをすべて表にしている。粒子探索については，まとめの表にはなく，こちらだけに含まれている項目も数
図 1: PDG のウェブサイトのトップページ (左) [6]。デザインが一新された。PDG のアプリ (右)。

多い。2022 年度版では，まとめの表が 100 ページほど，レヴューが約 1000 ページとなり，これに加えてデータ集成も 1100 ページを超えている。

2016 年度版から大きな変更があり，データ集成の部分

2020 年版では，初めて日本の雑誌である Progress ofTheoretical and Experimental Physics (PTEP) によりは印刷版に含まれないこととなった。これにより印刷版

これは関係者の努力と日本物理学会の援助によるところ

さて，PDG が蓄積するデータベースの更新は毎年 2出版され，2022 年版も引き続き PTEP に掲載された。
が大きく，PTEP 誌の国際的認知度が増すことが期待されている。PTEP 誌はオンラインジャーナルのため，印刷版は本来存在しないが，素粒子データブックは特別に印刷されている。

3

素粒子データブックの構成と編集

素粒子データブックは大きく 3 つの部分からなっている。Summary Table（まとめの表），レヴュー部分，Particle Data Listing（データ集成）である。まとめの表は，最もよく参照される部分で，各素粒子の質量，寿命，崩壊分岐比などの測定値の世界平均を列挙してい8 iPhone/iOS 版も作成されたが，アプリの要件をみたさないとされ掲載不可となった。

は半分の厚さとなり扱いやすくなった。ウェブではデータ集成も継続して参照可能となっている。

回行われている。2005 年の頃 [1] と変わったこととして,当時は各担当者が原著論文からデータを抽出し，データブックの書式にして LBNL に送っていたが，現在はデータベースへの入力まで行っている。提供するデータの質を保つため，この作業は 4 段階に分かれており，その手順をごく簡単に紹介する。

第 1 段階から第 3 段階には，それぞれ独立した作業グループがある。

作業 1 論文を探すグループ (literature searcher)

作業 2 作業 1 の論文からデータを抜き出すグループ (en-coder)

作業 3 作業 2 が適切に行われたかどうか検証するグルー
プ (overseer)

377

作業 1 では，毎年新しく出版される論文の中から，デー川端節彌両氏が LBNL に数週間滞在して作業を行った。

査読付きの学術誌に掲載されることが条件で（稀に例外は最小限に留まっていたが，日本グループはその大部分タベースに登録すべきデータを含んでいる論文を探す。
あり），主要な 20 誌ほどに目を通し，論文を各粒子等のセクションに割り当てていく。この作業は 2 人が独立して行い，漏れができるだけないようにしている。これ

当時の素粒子データブックには，粒子探索のセクションを担当し，次第に充実させていった。担当分野はレプトン関連と単独クォーク，モノポール以外のすべてで，担当後最初の 1988 年度版では，トップ・第 4 世代クォーク，には長年, 故 S. Eidelman がその一人として従事してアクシオン等の軽いボソン，超対称粒子，「その他の探索」

作業 2 では，各セクションの担当者（encoder）が，割ソン（W ′ など），下部構造（compositeness）の探索セいた。

り当てられた論文を読み，データベースに加えるべき情報が含まれているかどうか判断し，必要があればその妥当性について検討し，データを抽出する。追加すべきのセクションに加えて，新しくヒッグスボソン，重いボクションが新しく作られた。探索データの評価は理論的な視点が必要なことから，理論家が主に作業を担った。

時を置かず LEP から大量の探索実験の結果が発表され，項目がデータベースに無い場合は，新しい項目を作成す担当する論文数は急激に増加した。その後も Tevatron,

作業 3 では，各セクションの担当者 (overseer) が，作現在までの日本グループが担当している encoder セクらに追加すべきデータがあるかどうか検証する。必要な者を表 1 にまとめた。図 3 は日本グループで encode のる。また，既存の項目を再構成することもある。

業 2 で登録されたデータが適切かどうか，あるいはさ場合は担当の encoder と議論する。Encoder と overseerの仕事の分担は統一されたものではなく，セクションにLHC と波状的ではあるが増加傾向にある。1986 年から
ションとその担当者、および、日米協力の日本側の代表ためにチェックした論文の数の推移を示している。PDG全体では近年 2 年間あたり 800 本前後の論文から新しよっては変則的な形態（2 名で両方の役目を分担など）くデータを抽出している。最終的にはデータを抽出しな作業 3 の終了後，各論文から抽出されたデータは，論接は比較できないが, 日本グループの高い貢献度がうか正しいかどうかの確認を受ける。これが第 4 段階である。

このように，日本グループの担当は当初実在しないで行われている場合もある。

文の著者・グループの一名・代表者 (veriﬁer) に送られ，この段階で訂正が行われることは少ないが，このチェッかった論文もあるため, 図の数字と 800 という数字を直がえるかと思う。

粒子のみであったが，1995 年からは中村健蔵氏が太陽・クを受けてデータベースへの登録が確定する。

大気ニュートリノのデータの担当を開始した。同年には作業を経て，毎年のアップデート版が公開される。

が発見されて実在粒子の仲間入りを果たした。

これらの作業の終了後，平均値の算出，全体的な編集
一方，レヴューの更新は，データの更新作業と重ならトップクォークが発見され，2012 年にヒッグスボソンないような日程でなされている。各レヴューには必ず複数名のレフェリーが付き，正確さが期されている。

4

日本グループの活動

日本人としては，1970 年代前半に内山冨美代氏，島田徳三氏が個人的に PDG の活動に参加していたが，1974年から KEK が PDG と連携することとなった（KEK-PDG）。これは，KEK-PS の開始が近づき，国内の高エネルギーグループから個別に LBNL へのデータのリクエストが増えた背景があるようで，当時はデータの配布は磁気テープの形であったが，これを KEK でライブラリとして一元化することとなった。高橋嘉右氏，小柳義夫氏らにより，KEK-PS の最初の実験の一つとして計画されていた πN 散乱の過去のデータや，光子生成反応のデータなどが収集され LBNL に提供された [8]。

1986 年には，日米科学技術協力事業の枠組みにより，PDG への財政的寄与が開始され，同時に素粒子データブック編集への組織的な参加が決定した。秋には萩原薫，

図 3: 2000 年以降日本グループが担当した論文数。2016年以降は Heavy Bosons と Compositeness/Technicolorを合わせて Hv.Boson+Compst として集計している。

レヴューに関しても，日本の研究者の寄与が増加している。今まで，三田一郎（B メソン CP 非保存），福来正孝（宇宙論パラメータ），中村健蔵（ν 質量・混合），山本明（超伝導磁石），住吉孝行（光子検出器）各氏が執筆しているが，2022 年現在では表 2 のように国内研究者による 9 編のレヴューが掲載されている。

478

表 1: 1986 年から 2022 年までの国内の encoder 担当者と日米協力の日本側代表者。括弧書きは海外所属。

セクション \ 西暦年

Neutrinos(solar, atomospheric)Top, 4th gen. quarks
H 0 (125 GeV)
Higgs searches
Axions/Light bosons
Heavy bosons(W ′ , leptoquark, ...)
Compositeness andTechnicolor
SUSY
WIMPs/Other searches

86-88

89/90

91

92/93

萩原薫
川端節彌

日笠

96

CKM Quark-Mixing Matrix
Neutrino Masses, Mixing,and Oscillations
Lattice QCDSuperconducting magnets
for collider detectors
MC Neutrino Generators
Pole Structure ofthe Λ(1405) Region
Searches for Quark andLepton CompositenessGrand Uniﬁed Theories
Leptoquarks

村山斉

97-03

高橋嘉右(共同) 執筆者

04-09

10-13

中村健蔵

日笠(村山)

14/15

16-22

隅野行成
田中

高橋史宜
棚橋誠治

村山斉

表 2: 2022 年現在のレビュー記事執筆者

595

萩原薫

日米協力の日本側代表者

担当レビュー

94

小柳義夫

(村山)
日笠

日笠とから，ページ数の無闇な増大を抑えるため，1996 年

版からは LEP 以外からの制限は不掲載となった。以後，

LEP の結果でも古くなったデータは不掲載とするよう

堺井義秀になった9 。

橋本省二対する上限）が掲載され，2004 年版で LEP 各実験からの

横山将志
牧田陽

早戸良成
兵頭哲雄

日笠・棚橋誠治・
寺師弘二
久野純治
棚橋誠治

ヒッグスセクションの変遷

ヒッグスボソンのセクションは日本で一貫して担当している中の一つである。筆者が担当していることもあり，一例としてこのセクションの変遷をたどってみたい。

ヒッグスボソンの探索結果が素粒子データブックに初めて掲載されたのは 1982 年版であり，η ′ 崩壊中の H 0放出の上限であった。この時は「その他の探索」セクションの 1 項目であった。1986 年版までは，データは5 個まで増えたが同様の状態であった。日本グループの担当となった 1988 年版では，独立したヒッグスボソンのセクションが設けられ，データ数は 13 となり，より過去のデータや宇宙論の制限も追加された。1990 年版

では，LEP からの最初の制限 3 つを含んで，38 のデータが掲載された。1992 年版では，データ数は 58 に増えたが，関与する結合の種類により（Z/W , B, K, 核子など）6 つのサブセクションに分けられ見やすくなった。

1994 年版では，電弱精密測定からの間接的な制限（標準模型を仮定）が加わった。データ数が非常に増加したこ2000 年版では初めて Tevatron からの結果（断面積に最終的な質量の下限が掲載された。2010 年に Tevatronにより質量 160 GeV 付近が棄却された（2011 年 Web版で反映）のに続き，2012 年版では LHC により質量領域の大半が棄却された。2012 年 7 月のヒッグスボソン発見により，2013 年の Web 版では遂に実在粒子として 125 GeV の H 0 のセクションが創設された。2016 年には H 0 の担当を日笠から田中に交代した。

H 0 の性質は標準模型のヒッグスボソンとして矛盾がないが，一方で，標準模型以外のモデルでは，類縁のスカラーボソンの存在は頻繁に予想される。標準模型以外のヒッグスボソンの制限については，1988 年版で初めてサブセクションが設けられ，1990 年版では超対称模型のヒッグスのサブセクション等が追加された。湯川結合を持たないヒッグス，検出不可能な終状態に崩壊するヒッグス，一般の複数ヒッグス場模型のヒッグスなど，さまざまな性質のヒッグスボソンに対する制限が H 0 とは別のセクションとしてまとめられている。電荷を持つヒッグスについても，1984 年版に PETRA の各実験からの H ± の制限が掲載されたのを最初に，コライダー，フレーバー物理等からの制限が掲載されている。H ±±も 1992 年版より加わっている。

さて, 粒子の質量や寿命などの平均値を求める統計的手法の詳細は素粒子データブックの序章10 や前回の記

事 [1] にまとめられている。PDG では平均値とその誤差を算出するとき，誤差をウェイトとして用いて平均を9 実験屋としては not used になり，それが印刷物から消えていくのは寂しいものであるが. . . 。
10 2022 年度版では 15–18 ページ

579

定義が微妙に異なることもある。そのため文字としては残せるが，データとしては残せていないもどかしさがある。その中でも simpliﬁed template cross section フレームワークは期待できる枠組みであるが，データの統計が不足しているため，実験独自にカテゴリー削減が行われることもあり悩むところである。

さらに, ヒッグスボソンに限らず，さまざまな粒子の探索結果もデータの蓄積とともに更新されている。近年の実験結果は，質量と生成断面積であったり，2 つの質量であったりと 2 次元データとして提示されているものが多い。PDG のフォーマットは基本的に 1 次元なので，2 次元の情報を提供することは容易でない。例え
図 4: ヒッグスボソンの質量の 3 つの測定値とその平均値 [7]取る一般的な方法を用いる。ただし，平均値を算出するために用いたデータに誤差から見積もられるよりも大きな不一致が見られる（χ が 1 より大きい）場合, データ2にある種の矛盾があると考え，「スケールファクター」を算出しそれを使って誤差を大きく評価する。SummaryTables に “S = 数字” を見かけたら，スケールファクターが導入されていることを示している。ここでは，ヒッグスボソンの質量を例にとって，その手法を簡単に紹介する。まとめの表では，2022 年度版のヒッグスボソンの質量は 125.25 ± 0.17 GeV (S = 1.5) と報告されている。対応するデータ集成の部分を見ると，この平均値は3 つの論文に掲載された数字から算出されている:

ば，WIMP の核子との散乱断面積の上限値は，いくつかの典型的な質量値に対する上限を与えるにとどまっている。これらは将来への課題であろう。

参考文献[1] 日笠健一, 中村健蔵, 高エネルギーニュース 24-2, 1(2005).
[2] A. H. Rosenfeld, Ann. Rev. Nucl. Sci. 25, 555–598(1975).
[3] M. Gell-Mann and A. H. Rosenfeld, Ann. Rev.
Nucl. Sci. 7, 407–478 (1957). 表は p. 411.

[4] A. H. Rosenfeld et al., Rev. Mod. Phys. 36, 977–1004 (1964).

• 125.46 ± 0.16 GeV (CMS 13 TeV [9]),[5] M. Roos, Rev. Mod. Phys. 35, 314–323 (1963).

• 124.86 ± 0.27 GeV (ATLAS 13 TeV [10]),[6] https://pdg.lbl.gov.

• 125.09 ± 0.21 ± 0.11 GeV (LHC Run1 [11])。

KEK の ミ ラ ー サ イ ト はhttps://ccwww.kek.jp/pdg/.

図 4 がその分布で，χ2 値がそれぞれ 1.72, 2.09, 0.46 で[7] R. L. Workman et al. (Particle Data Group), Prog.

自由度あたりの χ2 値が (1.72+2.09+0.46)/2 = 2.14 と 1√を大きく超えるため，スケールファクター ( 2.14 ≈ 1.5)

[8] 小柳義夫，情報管理 24, 899–905 (1981); 学術月報

ATLAS 13 TeV がずれているようにみえる。この場合，を導入して誤差を機械的な値よりも大きくしている。

6

おわりに発見から 10 年，ヒッグスボソンのデータは増加とともに精密化してきた。ヒッグスボソンのデータは標準模型と矛盾がないとは言え，New Physics の「窓」としてこれからも精密測定が進んでいく。こういった成果をデータとして残す方法は試行錯誤中である。H 0 については，いわゆる κ フレームワーク, SMEFT 等の枠組みで測定はなされるものの, ATLAS と CMS の測定量のTheor. Exp. Phys. 2022, 083C01 (2022).
49, 670–674 (1996); 素粒子論研究・電子版 21, 1,13–23 (2016).

[9] CMS Collab., Phys. Lett. B 805, 135425 (2020).
[10] ATLAS Collab., Phys. Lett. B 784, 345–366(2018).
[11] ATLAS and CMS Collabs., Phys. Rev. Lett. 114,191803 (2015).