東京都立大学
高エネルギー実験研究室

2022 年 8 月 28 〜 30 日
ゼミ合宿＠那須高エネルギー実験研究室： 構成
スタッフ（ 2024 年 4 月時点 )・教授：角野秀一
・助教：汲田哲郎
・連携客員教員： 足立一郎、西田昌平 ※・客員教員：
住吉孝行
・客員研究員：
今野智之、岩田修一※ 足立教授と西田准教授は KEK 所属の連携客員教員
大学院生 (2024 年 4 月時点 )・ D: 0 名
・ M2: 4 名
卒研生 ( 現在 ): 3 名
・ M1: 1 名
来年度大学院生募集人員 : 3 名〜 4 名- 放射線検出器、電子回路、計算機などに興味がある方- 大規模な実験に興味がある方- とにかく手を動かしてみるのが好きな方

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高エネルギー実験研究室: 活動等☆ 研究室の活動
・研究室ミーティング : 1 回 / 週 ( 研究の進捗状況等の報告 )・ゼミ（４年生、 M1 ） ： １回 / 週 （相対論的量子力学、特殊相対論、統計処理、検出器）
・ミニマム教程 ： 計算機（ C++) 、実験、相対論・研究室旅行（熱海、蓼科、那須、箱根、伊豆、秩父、富士、水上、 他）： 9 月頃
・日帰りハイキング： 11 月頃、日帰りで近郊の山へ
・飲み会 ： 約１回 / 月
料理が好き、お菓子作りに興味がある方も歓迎 ( 求ム )☆ 都立大物理（高エネ実験、原子物理、宇宙実験）研究室間のイベント
・合同花見：４月
・ソフトボール大会：６月頃☆ 高エネルギー物理の大学間の活動
・高エネルギー物理春の学校（毎回琵琶湖畔）： 5 月頃
・ flavor physics workshop ( 富田林、柏、三浦、新潟、沼津、浜松、他）： 10 月頃
・神無月会： 東京近郊の大学の高エネルギー物理研究室合同の BBQ （ 10 月頃 )☆2023 年度卒業生（卒研生 :4 名、修士課程 2 年： 3 名）の進路
・卒研生：就職 3 名、修士課程（本研究室）進学 1 名
・修士課程： 企業に就職 3 名

3素粒子標準模型から新物理へ
高精度( 稀な現象 )ニュートリノの物理- T2K 実験
- DCBA 実験-HyperK 実験

標準模型

高輝度
電子加速器
(B の物理 )- BelleII 実験

新物理

本研究室では現在- Belle II 実験- T2K 実験
- Hyper K 実験
- DCBA 実験- ATLAS 実験を行っている。

高エネルギー 主要な素粒子実験を
電子加速器 ほぼ網羅
-ILC 実験( 将来計画 )高エネルギー
ハドロン加速器-LHC ATLAS 実験

高エネルギー

「物理学70の不思議」

https://www.jps.or.jp/books/gakkaishi/70wonders.php

DCBA 実験

LHC ATLAS, Belle II 実験※ 互いに密接に関係→ 明記していない実験にも関係がある

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Belle(II) 実験、 T2K 実験

Belle II 実験、 ATLAS 実験

高エネルギー実験研究室：活動の場muon

神岡: HyperK実験

ミュオンラジオグラフィー

CERN: ATLAS実験

KEK: Belle II実験
DCBA実験
T2K: ニュートリノ振動実験
HyperK: ニュートリノ実験、核子崩壊実験
Belle II: 電子・陽電子衝突型加速器実験
DCBA: 二重ベータ崩壊実験
UNI: ポジトロニウム実験
ミュオンラジオグラフィー: 宇宙線を用いた原子炉・火山などの透視
LHC ATLAS: 最高エネルギー陽子・陽子衝突型加速器実験
UNIを除き、他大学・国内外研究機関との共同実験

J-PARC: T2K実験

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都立大: UNI実験

Belle II実験
3世代のクォークの混合を表すユニタリ行列(カビボ・小林・益川行列)

3x3 ユニタリ行列は一つの複素位相を持つ→CP対称性の破れ+- ユニタリティ条件(VV =1)の一つを三角形として記述- 三角形の辺の長さや角度を複数の方法で精密測定
三角形が閉じているか?
閉じている→3世代クォークの混合
閉じていない→ 新物理が関与

ユニタリティ三角形の精密測定により新しい物理を探索し、さらにそのフレーバー構造を探る

2012年の40倍の統計Belle II検出器の開発
都立大では、Belle II 検出器の粒子識別装置(ARICH)を担当- Belle II 実験でのARICH 検出器の運用- アップグレードに向けた研究開発
ARICH検出器（の一部）B
e-(8GeV)Υ(4S)K
pe+(3.5GeV)
pB
D

K
p

終状態のK,p中間子を精度よく同定し、B中間子の崩壊事象を効率的に再構成

実際のチェレンコフ光のリング

LHC ATLAS 実験
・世界最高エネルギーの衝突型加速器実験（エネルギーフロンティアの実験）・「 TeV 領域」で標準模型を超える新しい物理を探索

都立大では内部飛跡検出器のアップグレードに参加

LHC ATLAS 実験の研究内容

都立大では、新しいピクセル検出器の組み立てに関する研究開発に参加

T2K実験、ハイパーカミオカンデ実験
T2K 実験：加速器を用いたニュートリノ振動実験- J-PARC 加速器 ( 茨城県東海村 ) を用いてミューニュートリノビームを生成- 約 300km 地中を走り、スーパーカミオカンデ ( 岐阜県神岡町 ) で検出「 Discover Magazine 」の 2013 年トップ記事
ベスト 100 に- 2010 年：実験開始- 2013 年：ミューニュートリノ→電子ニュートリノ出現を世界で初めて発見

ハイパーカミオカンデ実験：スーパーカミオカンデの後継実験

11→ ニュートリノの CP 対称性 ( 粒子・反粒子の対称性 ) の破れの解明、陽子崩壊の発見へ

4. ハイパーカミオカンデ
検出器の開発T2K&HK実験の研究内容
1,700m

3. 新しいニュートリノ検出器の開発
ハイパーカミオカンデ中間距離
水チェレンコフ検出器( IWCD )J-PARC ニュートリノ実験施設

nmp

2. ニュートリノ反応を詳細に調べるための前置検出器 ND280 のアップグレード
10m

1. J-PARC加速器のアップグレードに伴う陽子ビームモニターシステムの更新

陽子ミュオンラジオグラフィー
宇宙線ミュオンを用いた、大規模な物体の内部構造の調査
・ ( 損傷した ) 原子炉の炉心の状態の調査
・火山のマグマの状態の調査
・古墳の中の空間の有無の調査など
宇宙線ミュオン

ミュオン検出器

ミュオンで見た原子炉13ミュオンラジオグラフィー
宇宙線ミュオンを用いた、大規模な物体の内部構造の調査
・ ( 損傷した ) 原子炉の炉心の状態の調査
・火山のマグマの状態の調査
・古墳の中の空間の有無の調査など
岩手山を透視ミュオンで見た岩手山
ミュオン検出器

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UNI実験
ポジトロニウム生成・崩壊実験
ポジトロニウム :電子・陽電子の束縛状態
ポジトロニウムの稀崩壊(5 本の γ 線への崩壊 )の探索
QED の精密測定へ

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DCBA実験- 二重ベータ崩壊実験→ ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊の探索
ニュートリノの基本的性質 ( マヨナラ性、質量 ) の解明へ
- 飛跡検出器で二本のベータ線の飛跡を検出→ ベータ線の運動量を測定する世界で唯一の実験

現在は小規模の実験→ 原理の実証16

将来的に大規模実験へ