ILCへの道
竹下徹（信州大）＠ILC夏の合宿 20july2014

2014年7月31日木曜日

物理学• この世の森羅万象を万人の言葉で理解したい• 万人の言葉＝物理学（＋数学）• 真理は（きっと）一つで単純であるはずだ• なぜなら宇宙は無から初まったのだから• 初まりからすべてが作り出された• 物質、力、時間、空間 ：これを理解する2
2014年7月31日木曜日

宇宙• 解ってきた全体像• Big Bangと138億年の歴史• 初めの３分間〜素粒子物理• 超高温の宇宙初期• 加速器で超高温状態を作る• mini-BigBang
3
2014年7月31日木曜日

素粒子物理学• この世を万人の言葉で理解したい• この世＝宇宙の初まりからつながる• 万人の言葉＝素粒子物理学
理論家• 理論家と実験家で挑む• 一つの真理にたどり着く アイデア
実験検証
予言
• 究極の理解
実験屋道半ば•4
2014年7月31日木曜日

素粒子実験
• 自然の理解• 理論が自然を説明• 実験は理論の検証と理論に無い現象（粒子）探し
加速粒子は安定粒子=e/pcharm quark の発見後陽子陽子と電子陽電子加速器の同時発見

5
2014年7月31日木曜日

bottom quark
top quark
W/Z
Higgs

素粒子実験
• 自然の理解• 理論が自然を説明• 実験は理論の検証と理論に無い現象（粒子）探し
陽子加速器

加速粒子は安定粒子=e/pcharm quark の発見後陽子陽子と電子陽電子加速器の同時発見

発見

精密測定

電子陽電子加速器
5
2014年7月31日木曜日

bottom quark
top quark
W/Z
Higgs

bottom quark US1976
発見

ppt>μμX at FNAL
400GeV p• 精密検証 1985年Cornel• b factory KEKB/SLACB

6
2014年7月31日木曜日

bottom quark US1976
発見

ppt>μμX at FNAL
400GeV p1985• 精密検証 1985年Cornel
0.02GeV• b factory KEKB/SLACB

6
2014年7月31日木曜日

Me+ e− = s = ECM

CERN• 欧州素粒子合同研究所
1956~• ＠Geneva 郊外• USA から EUへ• 財源の安定性

SPS>SPPC
7
2014年7月31日木曜日

W粒子• Z/Wの発見 by CERN SPPC
加速器をpp collider• proton320GeV++

W

1983

gluonqq

1983
テキスト

8GeV
8
2014年7月31日木曜日

MW

W粒子
• Z/Wの発見 by CERN SPPC
加速器をpp collider• proton320GeV++

W

1983

gluonqq

1983
テキスト

8GeV
8
2014年7月31日木曜日

MW

LEP
1989-2001

LEP tunnel

sps• 電子陽電子衝突• Z/Wの精密物理• LEPI: at Z s=90GeV• LEPII: at WW s=160GeVΔE~E /R
RF Accelerating Systems• トンネル周長27km <<<シンクロトロン放射• 4つの測定器
4Superconducting RF System

9
2014年7月31日木曜日

OPAL実験• LEPの１実験：日本からはICEPP/東大のみ参加
鉛ガラス１万本#$%&'• 東大の担当は ECAL （barrel）:OPAL!"•$%&'( )LEP2*+,-./0123

10
2014年7月31日木曜日

OPAL実験• LEPの１実験：日本からはICEPP/東大のみ参加
鉛ガラス１万本#$%&'• 東大の担当は ECAL （barrel）:OPAL!"•$%&'( )LEP2*+,-./0123

10
2014年7月31日木曜日

W粒子 by LEP• WW pair production• ゲージボソンの精密検証
c
ゲージボソンの精密測定（ゲージ原理の検証）
WWWW->qqeν

e+
(a)

νe
e-Wー

e+
(b)

W+

W

ZWーe+e(c)

W+

Z
e-
2014年7月31日木曜日

Wγ
e-11

WeW+

Wー

e

We (a)と(b)だけ
e(a)だけe

LEP の発見:世代数• ee>Zの全断面積測定
Z " qq, ,,, XX (if m <M /2)•X

Z

Xの寄与はZの崩壊幅に現れる
X=ニュートリノで３種
quark & lepton
は同じ世代数だろう
世代は３12
2014年7月31日木曜日

LEPの精密測定結果Ias• running coupling• GUTの示唆

強い力

132014年7月31日木曜日

宇宙の統一的理解• 加速器はタイムマシン

力の変化（宇宙の進化
energyGeV

重力No1021016

LEP
弱い力 LHCelectro-weakGUT）

1019

BigGUTBangw 電磁気力

強い力

2014年7月31日木曜日

低大温度
14Time/cosmic size

高小LEPの精密測定結果II
2005• 標準理論の精密検証結果• Higgsは軽い• おそらく• 200GeV以下

X2 vs Whigs plot15
2014年7月31日木曜日

LHC:陽子陽子衝突型加速器• Higgs 発見加速器• LHC : 7TeV+7TeV collider• トンネルはLEP• 偏向超伝導電磁石〜８T• 1TeV以下探索でかならず見つける• Luminosity~10 /cm /s• 測定器!

長さ15の超伝導電磁石

34216
2014年7月31日木曜日

1232台

LHC:陽子陽子衝突型加速器• Higgs 発見加速器• LHC : 7TeV+7TeV collider• トンネルはLEP• 偏向超伝導電磁石〜８T• 1TeV以下探索でかならず見つける• Luminosity~10 /cm /s• 測定器!

長さ15の超伝導電磁石

34216
2014年7月31日木曜日

1232台

LHC:陽子陽子衝突型加速器• Higgs 発見加速器• LHC : 7TeV+7TeV collider• トンネルはLEP• 偏向超伝導電磁石〜８T• 1TeV以下探索でかならず見つける• Luminosity~10 /cm /s• 測定器!

長さ15の超伝導電磁石

34216
2014年7月31日木曜日

1232台

LHC:陽子陽子衝突型加速器

172014年7月31日木曜日

LEP実験中n

1994年

ATLAS測定器〜

立案企画ー建設ー実験 2010年

n ミュー粒子トリガー：回路とTGC

陽子25m

陽子45m
18
2014年7月31日木曜日

LEP実験中n

1994年

ATLAS測定器〜

立案企画ー建設ー実験 2010年

n ミュー粒子トリガー：回路とTGC

陽子25m

陽子45m
18
2014年7月31日木曜日

LEP実験中n

1994年

ATLAS測定器〜立案企画ー建設ー実験 2010年

n ミュー粒子トリガー：回路とTGC

陽子

25m

陽子
45m
18
2014年7月31日木曜日

LEP実験中n

1994年

ATLAS測定器〜

立案企画ー建設ー実験 2010年

n ミュー粒子トリガー：回路とTGC

陽子

25m

陽子
45m
18
2014年7月31日木曜日

信州大学の寄与1000枚(J)-2000枚(I)19
2014年7月31日木曜日

信州大学の寄与1000枚(J)-2000枚(I)KEK:1999-2005

19
2014年7月31日木曜日

信州大学の寄与1000枚(J)-2000枚(I)KEK:1999-2005

19
2014年7月31日木曜日

信州大学の寄与1000枚(J)-2000枚(I)KEK:1999-2005

19
2014年7月31日木曜日

ヒッグス粒子候補事象n

ヒッグス粒子が４つのミュー粒子に崩壊例候補

20
2014年7月31日木曜日

ヒッグス粒子候補事象n

ヒッグス粒子がZZ>４つのレプトンに崩壊

ℓℓℓℓ
ZZH

21
2014年7月31日木曜日

ヒッグス粒子候補事象n

ヒッグス粒子が2つの光子に崩壊

γγfH22
2014年7月31日木曜日

ヒッグス粒子の崩壊
WWとττの場合
n

H>WW同じ質量と合う！

H>ττ232014年7月31日木曜日

質量起源ヒッグス粒子

•

結合の強さ

ヒッグス粒子の結合は粒子質量に比例するはず

CMS•粒子質量242014年7月31日木曜日

加速器
10,000Collision Energy (GeV)

1,000

レーが 1928 年につくった最初の高周波線型、その後出現した高エネルギーシンクロトロ

ナックの原型になったと言われている。特にら 80 年代に加速器ビームエネルギーは急速の究極構造を探る素粒子や原子核物理学を発0とともに、高エネルギー電子ビームからの放力な光源とする新しい原子・分子科学や材料
2014年7月31日木曜日

10

1、コライダー（衝突型加速器）が出現して、究分野を開いた。

100LHC

Hadron colliders
Tevatron I
SppS

RHIC

LC500

LEPIISLC, LEP
TRISTANPETRA, PEPISR
CESR+ e- colliders
eVEPPIV
SPEARII
SPEAR, DORIS, VEPPIII
ADONE
Prin-Stan, VEPPII, ACO

19701980 1990

20002010

図 1: エネルギーフロンティア加速器のリビングスト
25

加速器
10,000陽子加速器

Collision Energy (GeV)

発見

1,000

精密測定

レーが 1928 年につくった最初の高周波線型、その後出現した高エネルギーシンクロトロ

電子陽電子加速器
ナックの原型になったと言われている。特にら 80 年代に加速器ビームエネルギーは急速の究極構造を探る素粒子や原子核物理学を発0とともに、高エネルギー電子ビームからの放力な光源とする新しい原子・分子科学や材料
2014年7月31日木曜日

101、コライダー（衝突型加速器）が出現して、究分野を開いた。

100

LHC

Hadron colliders
Tevatron ISppS

RHIC

LC500

LEPII
SLC, LEPTRISTANPETRA, PEP
ISR
CESR+ e- colliderse
VEPPIVSPEARII
SPEAR, DORIS, VEPPIII
ADONE
Prin-Stan, VEPPII, ACO

19701980 1990

2000

2010

図 1: エネルギーフロンティア加速器のリビングスト
25

加速器
10,000

発見

LHC

1,000

Collision Energy (GeV)

陽子加速器

精密測定

レーが 1928 年につくった最初の高周波線型、その後出現した高エネルギーシンクロトロ

電子陽電子加速器
ナックの原型になったと言われている。特にら 80 年代に加速器ビームエネルギーは急速

ILC

LEP、コライダー（衝突型加速器）が出現して、の究極構造を探る素粒子や原子核物理学を発とともに、高エネルギー電子ビームからの放力な光源とする新しい原子・分子科学や材料究分野を開いた。
2014年7月31日木曜日

1001010LHC

Hadron colliders
Tevatron ISppS

RHIC

LC500

LEPII
SLC, LEP
TRISTANPETRA, PEPISR
CESR+ e- colliderse
VEPPIVSPEARII
SPEAR, DORIS, VEPPIII
ADONE
Prin-Stan, VEPPII, ACO

19701980 1990

20002010

図 1: エネルギーフロンティア加速器のリビングスト
25

質量起源ヒッグス粒子

•

結合の強さ

ヒッグス粒子の結合は粒子質量に比例するはず

CMS

•

粒子質量

26
2014年7月31日木曜日

質量起源ヒッグス粒子

•

結合の強さ

ヒッグス粒子の結合は粒子質量に比例するはず

CMS

•

ILC
粒子質量ILC26

2014年7月31日木曜日

ILC: 線形電子陽電子衝突型加速器
ILC : 250GeV-1TeV•250GeV• Higgs : Yukawa coupling• Higgs : spin parity• SUSY / ダークマター
top の物理•
350GeVHHH/HZZ/HWW coupling•500GeV-1TeV
27
2014年7月31日木曜日

1mx1500

ILC: 線形電子陽電子衝突型加速器
ILC : 250GeV-1TeV•250GeV• Higgs : Yukawa coupling• Higgs : spin parity• SUSY / ダークマター
15kmx２
top の物理•
350GeVHHH/HZZ/HWW coupling•500GeV-1TeV
27
2014年7月31日木曜日

1mx1500

ILC in 松本

28
2014年7月31日木曜日

ILC 加速器

http://www.youtube.com/watch?
29
feature=player_embedded&v=40Ap98o-4tU

2014年7月31日木曜日

ILC 加速器

http://www.youtube.com/watch?
29
feature=player_embedded&v=40Ap98o-4tU

2014年7月31日木曜日

ILC 加速器

http://www.youtube.com/watch?
29
feature=player_embedded&v=40Ap98o-4tU

2014年7月31日木曜日

スケジュール
LHC
runII@13TeV
runIII HighLumiLHC
20142016
2016 2018 2020
2028

工学設計

政府機関検討
国際交渉

ILC

国際研究所設立
準備>設立？
ILC国際研究所

ILC実験開始

ILC建設開始

30
2014年7月31日木曜日

スケジュール
LHC
runII@13TeV
runIII HighLumiLHC
20142016
2016 2018 2020
2028

工学設計

政府機関検討
国際交渉

ILC

国際研究所設立
準備>設立？
ILC国際研究所

ILC実験開始

ILC建設開始

30
2014年7月31日木曜日

素粒子物理学の行方• 陽子実験で発見し, 電子陽電子で測定し• 必要な陽子加速器を開発し作る• このループは SppC -> LEP -> LHC -> ILC• 2015/16 LHCは13TeV: DM/SUSY?
• ILCはHiggsを精密化し、DMも精密に測定• ILC/LHCは標準理論を超える
e+e-ppspring31
2014年7月31日木曜日

ppe+e-

素粒子物理学の行方• 陽子実験で発見し, 電子陽電子で測定し• 必要な陽子加速器を開発し作る• このループは SppC -> LEP -> LHC -> ILC• 2015/16 LHCは13TeV: DM/SUSY?
• ILCはHiggsを精密化し、DMも精密に測定• ILC/LHCは標準理論を超える
e+e-ppspring31
2014年7月31日木曜日

ppe+e-•

Quark&
Lepton
周期律表32
2014年7月31日木曜日

•

Quark&
Lepton
周期律表32
2014年7月31日木曜日

ヒッグス粒子は１つか？
• ヒッグス粒子の発見は１個目！
• 複数あると銀河のダークマター問題を解決
銀河の回転速さ

ケプラー則

速さ

距離０33
2014年7月31日木曜日

距離ヒッグス粒子は１つか？
• ヒッグス粒子の発見は１個目！
速さ• 複数あると銀河のダークマター問題を解決
銀河の回転速さ

ケプラー則

速さ

距離０33
2014年7月31日木曜日

距離距離ヒッグス粒子は１つか？
• ヒッグス粒子の発見は１個目！
速さ• 複数あると銀河のダークマター問題を解決
銀河の回転

速さ

ケプラー則

速さ

距離０33
2014年7月31日木曜日

距離距離LHC 加速器

34
2014年7月31日木曜日

ILCの物理と計画n

LHC to ILC

ATLAS-simulation
BGから本物を探す(全部)本物を正確に測る
35
2014年7月31日木曜日

ILCの物理と計画n

LHC to ILC

ATLAS-simulation
BGから本物を探す(全部)本物を正確に測る
35
2014年7月31日木曜日

ILCの物理と計画n

LHC to ILC

ATLAS-simulation
BGから本物を探す(全部)本物を正確に測る
35
2014年7月31日木曜日

ILCの物理と計画n

LHC to ILC

ATLAS-simulation
BGから本物を探す(全部)本物を正確に測る
35
2014年7月31日木曜日

ILCの物理と計画n

LHC to ILC

ATLAS-simulation
BGから本物を探す

ILC: ee>ZH>qqbb sim.
35
2014年7月31日木曜日(全部)本物を正確に測る

ILCの物理と計画n

LHC to ILC

Clean

ATLAS-simulation
BGから本物を探す

ILC: ee>ZH>qqbb sim.
35
2014年7月31日木曜日(全部)本物を正確に測る

ILD 測定器
カロリ
メータ
飛跡
VTX

電子

陽電子

磁場用コイル36
2014年7月31日木曜日

ILD 測定器
カロリ
メータ
飛跡
VTX

電子

陽電子

磁場用コイル36
2014年7月31日木曜日

ILD 測定器
カロリ
メータ
飛跡
VTX

電子

陽電子

磁場用コイル36
2014年7月31日木曜日

ILD 測定器
カロリ
メータ
飛跡
VTX

電子

陽電子

磁場用コイル36
2014年7月31日木曜日

ILD 測定器
カロリ
メータ
飛跡
VTX

電子

陽電子

磁場用コイル36
2014年7月31日木曜日

ILD 測定器
カロリ
メータ
飛跡
VTX

電子

陽電子

磁場用コイル36
2014年7月31日木曜日

ILD 測定器
カロリ
メータ
飛跡
VTX

電子

陽電子

磁場用コイル36
2014年7月31日木曜日

ILD 測定器
カロリ
メータ
飛跡
VTX

電子

陽電子

磁場用コイル36
2014年7月31日木曜日

ILC測定器まとめ• ILC加速器での実験のための高精度測定器• 世界的競争と競合での開発~ほぼ準備できている
細分化

VTX

Tracker

ECAL

10-4 p

LHC

150μm

ILC

pixel :
σ/p:
5μm 5x10-5 p
37

2014年7月31日木曜日

5cm
510 ch0.5cm
810 chJet 分解能60%/ Ej
30%/ Ej

Higgs 解析nevent を4jetsに分ける

J1J4

θ12n 各ジェットのエネルギーと方向
J2
J
E = !p + !E + !E3!"!##"$%&'()*+,$(+-&./,('-0&.jetichargedn

b-jetか？

iphotoni
neutral hadron

12-34(&'.56$778$!!$VTX-detector
9:;3+.+//<=>?$@9,244;.4A$-',$&.:B FGH?=I K;,L&',$3;.+M20-2:$-&./,(2;.,$N,/)J$O-MGH?=$E+Pn

２つの b-jetsで不変質量:mH" C;4D1E$" C;4$" 1E$n山がHiggs mass にできるか？

nee>ZH>ﬀbb38

2014年7月31日木曜日

O-MGQ?=$E+P
" C;4D1E$" C;4$" 1E$

Higgs 解析nevent を4jetsに分ける

J1J4θ12n 各ジェットのエネルギーと方向J2
J
E = !p + !E + !E3!"!##"$%&'()*+,$(+-&./,('-0&.jetichargedn

b-jetか？

iphotoni
neutral hadron

12-34(&'.56$778$!!$VTX-detector
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２つの b-jetsで不変質量:mH" C;4D1E$" C;4$" 1E$n山がHiggs mass にできるか？

nee>ZH>ﬀbb38

2014年7月31日木曜日

O-MGQ?=$E+P
" C;4D1E$" C;4$" 1E$

Higgs 解析n

event を4jetsに分ける

J1J4

θ12n 各ジェットのエネルギーと方向J2
J
E = !p + !E + !E3!"!##"$%&'()*+,$(+-&./,('-0&.
jetichargedn

b-jetか？

iphotoni
neutral hadron

12-34(&'.56$778$!!$VTX-detector
9:;3+.+//<=>?$@9,244;.4A$-',$&.:B FGH?=I K;,L&',$3;.+M20-2:$-&./,(2;.,$N,/)J$

O-MGH?=$E+Pn

２つの b-jetsで不変質量:mH" C;4D1E$" C;4$" 1E$n山がHiggs mass にできるか？

n

ee>ZH>ﬀbb38

2014年7月31日木曜日

O-MGQ?=$E+P
" C;4D1E$" C;4$" 1E$WZH