LHCが切り拓く２１世紀の素粒子物理学
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世紀末の状況
LHC計画・ATLAS検出器とはData量とトリガー
Higgs粒子
超対称性粒子余次元とブラックホールトップとＢ
纏め1. 20世紀末の状況
標準模型（量子電弱理論＋量子色力学）の著しい成功䠃䠀㻯㼈㼓㼗㼒㼑㻒㻴㼘㼄㼕㼎䛒ᑊ䜘䛰䛝䛬䚮䚭䚭䠅ୠ௥䛈䜑䚯䟺ୠ௥䛴ㅞ䠑䟻䠄䠀ງ䜘ఎᦑ䛟䜑䛴䛵䚭䚭䃉㻏㻽㻓㻒㻺㻎㻐䚮䜴䝯䜮䝷䚭䚭䠅䛪䛴ງ
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色々な物理量をO(0.1%)の高い精度で測定。一次の輻射補正を検証した。
（フロンティア実験での革命）理論の予言する値と高い精度で一致。(bのasymmetery)（左図は、ズレを示す）
ーーー＞

非常に高い精度で合格

では、何故 “TeV領域”の加速器が必要か？
（作戦目的１）ヒッグス粒子の直接証拠を得て、その性質を調べる。
真空はただの空の入れ物でなく、EW double Higgs場が満たされている
Higgsのポテンシャルが鍵
自然は元来高い対称性を持っていた。これが、冷えて、対称性を破った基底状態の方がエネルギー的にお得な場合、自発的にここに落ち着き、結果、対称性が壊れた様に見える。
ーー＞ 自発的対称性の破れ「質量の起源」の解明
接線方向自由度は、ＮＧＢは、Gauge場の縦波
垂直方向は、ヒッグスの質量：形が質量ーー＞ LHCの主目的（１）宇宙の進化ー＞
対称性が破れ、多彩な構造が出来てきた㻶㻸㻘㻃㼒㼕㻃㻶㻲㻔㻓㻃㼒㼕㻃㻢㻪㻸㻷㻶㻸㻕㻍㻸㻔㻐㻡㻸㻔㼈㼐㻫㼌㼊㼊㼖㻢
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Dark Energy 70%!?

量子重力?

佐藤勝さんより

（LHC 作戦目的２）標準理論を超えた新しい素粒子現象の発見ᵾ‵⌦ㄵ䛵䚮㧏䛊䜬䝑䝯䜲䞀䛭䛟䛖䛱◒⥚䛟䜑䚯⿭ḿ䛒ኬ䛓䛕䛰䜐䛟䛔䜑䚯䚭䚭䚭䚭㔖Ꮔ⿭ḿࠤ䂲㼆㼘㼗㼒㼉㼉䚭㻷㼈㻹㡷ᇡ䛱᩺䛝䛊∸⌦䛒䛈䜑䛙䛮䛒♟ြ䛛䜒䛬䛊䜑䚯㻕㻐㻔㻃㉰ᑊ⛘ᛮ㻩㼈㼕㼐㼌㼒㼑㻒㻥㼒㼖㼒㼑䜘ஹᥦ䛟䜑ᑊ⛘ᛮ䚭㻋㻤㻌㻃➚ྒ䛒㏣䛭䜱䝧䝷䜿䝯䚭㻋㻥㻌㻃㻪㻸㻷䛴ྊ⬗ᛮ䟺ḗ䛴㡣䟻䚭㻋㻦㻌㻃㻨㻺䛴⢥ᐠῼᏽ䜈㻷㼈㻹㻃㻶㻸㻶㻼䚭㻋㻧㻌㻃ᬧ㯦∸㈻䟺䠖䠟䟻䛴Ⰳ䛊ು⿭䚭㻋䠗㻌㻃᫤✭䛴ᵋ㏸䛱ᐠ᥃䛱⤎䛹㻃㻃㻃㻃㻃㻃䛪䛊䛥ᑊ⛘ᛮ䚭䚭䚭㔖Ꮔㄵ䛮㔔ງ䜘⤎䛼୕䛭䚭䚭䚭㔔さ䛰ᙲ๪䚭䚭㻔㻜ୠ⣎䛴஦䛪䚭䚭䚭䛴ᰍ䜘⤣ྙ㻕㻐㻕㻃㻯㼄㼕㼊㼈㻃ఴḗඔ䚭䚭㧏䛊䜬䝑䝯䜲䞀䜽䜵䞀䝯䛵䚭䚭ᖹᙫ䚯㻯㻨䠢䛭䜅䛥䚭䚭㻨㻺䛦䛗䛒ᮇᙔ䛴䜬䝑䝯䜲䞀䚭䚭䜽䜵䞀䝯䛭䚮㔔ງ䛵ఴゝ䛰䚭䚭ḗඔ䛴ຝᯕ䛭ᑚ䛛䛕ぜ䛬䛊䜑䚭䚭䛦䛗䚯䚭䚭㼇㻠㻗㻎㻱㻃㻃㻋㼇㻠㻙㻐㻐㻔㻔㻢㻌㻃㻃㻃㻃㻃ఴ䛩䛥ḗඔ䛵䚮୷䜄䛩䛬䛊䜑䚯䚭䚭䛙䛴䜽䜵䞀䝯䜄䛭⾔䛕䛮䚮㔔䚭䚭ງ䜈ኬ䛓䛰ງ䚯㼖㼗㼕㼌㼑㼊㉫″䛴䝥䝷䝚䝰䞀䝷超対称性の御利益(A)

超対称性は、で重要な働きをする。

３つの力（電磁気力、弱い力、強い力）の強さを精密に測定。（＠LEP)
登場人物を入れると、その力が高いエネルギーで、どう振る舞うか予想出来る。（繰り込み群方程式）
超対称性粒子が 1TeV付近にあると、３つの力は1016GeVで一つの力になる可能性が示された。
ーー＞ 力の大統一！！
（前に戻る）

古今東西の例を紐解くと、かけ声と現実の乖離甚だしく、懐疑的にならざるをえない。
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TeV領域を直接探索出来る初めての実験
LEP/Tevatron に比べて約１桁上のスケールを見る（けちくさいスケールアップでない）

2. LHC計画・ATLAS検出器とその現状円周27kmのリング（地下約100m）

フランス側

ジュラ山脈

CERN

Geneva空港

スイス側

LHC(Large Hadron Collider) 計画
1.

8.3Tの強力な超伝導dipole マグネット

2.

27kmのリング(LEPトンネルの再利用）

3.

Proton同士を重心系14TeVで衝突

4.

Design Luminosityは、1034cm-2s-1(100fb-1/年）(国策B程度）

５． ATLASとCMSの二つの汎用実験
LHCb（Bの物理）とALICE（QGP）

LHC加速器建設状況
1.9K cold mass (75% ready)1232本のマグネットの７５％ Ready
10%強は既にトンネルに溶接、据え付けられた。
（あと１年で準備完了予定）

NbTi 超伝導コイル(1.9K)
8.4Tを上下別向きに䝖䞀䝌䜻䝷䜳
NbTi ㉰ఎᑙ1.9K䟺䠚䠷Ὼᗐ䟻䜄䛭෫䜊䛝䛬䚮B=8.3T (7TeV) (injection 0.5T at 450GeV)䜷䜨䝯䞀䠐☚ሔ䜘୕ୖ᪁ྡྷ䛱Ⓠ⏍䛛䛡䛬䛊䜑.

ATLAS検出器

1700人の国際共同実験

E,P分解能(P~100GeV)

μ~2%e, γ~1.5%
Jets ~ 8%

1. Si, TRT、 2TのソレノイドによるTracking system
2. Li.Ar を中心とした カロリメーター
3. 空芯トロイド ミューオン検出器---> 詳しくは２限目の資料をご覧ください•厳しい放射線環境•高速 25nsec (40MHz)•１億６千万チャンネルの読み出し•320Mbyte/secのデータ（1TB/hour)桁違いトロイド磁石８個据え付け OK
ハドロン＋ＥＭ＋ソレノイドが中に収まっている。
２００７年春に完成に向けて急ピッチで組みあがっているあの穴に、飛跡検出器TRTとシリコン（SCT ４＊２＋ ピクセル ３層）をいれて、外側にMuonを貼りつけて “完成” （ ２００７年春）
組上がっている ＳＣＴ (４層目は日本担当)

ATLAS検出器の日本担当分

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ここ、怖いくらい、力を入れはじめている

GRIDで世界の計算機資源を統合して使う。
サッカー場ほど施設は準備㻋䝕䜨䝱䝇䝌䝦䝋䝯䟻

LHC Luminosity Profile
L = 1033

L = 1034

デザインＬ㻤㻧㻧㻃㻻㻐㼇㼌㼐㻣㻜㻷㼈㻹㻖㻓㻓㻓

SLHC: L = 1035㻽䇲㻣㻙㻷㼈㻹㻶㻸㻶㻼㻣㻖㻷㼈㻹㻦㼒㼐㼓㼒㼖㼌㼗㼈㼑㼈㼖㼖㻣㻗㻓㻷㼈㻹㻫㻋㻔㻕㻓㻪㼈㻹㻌γγ㻫㼌㼊㼊㼖㻣㻕㻓㻓㻪㼈㻹㻶㻸㻶㻼㻣㻔㻷㼈㻹㻶㻸㻶㻼㻣㻕㻑㻘㻷㼈㻹㻖㻓

検出器理解Light SUSYBH㻔㻓㻐㻕㻓㻃㼉㼅㻐㻔㻒㼜㼕㻔㻓㻓㻃㼉㼅㻐㻔㻒㼜㼕㻕㻓㻓㻃㼉㼅㻐㻔㻒㼜㼕䠚䠻䠹䠹䡅䚭䠥䠷䠾䠸䠵䡁䡇䡂䠾䠻䡀䠹

SHUTDOWN㻖㻓㻓㻔㻓㻓㻓㻃㼉㼅㻐㻔㻒㼜㼕

2007
0.1fb-1
0.5 ~ 10 fb-1 by the end of 2008䠄䠂䠂䠋ᖳ䛱䛵☔ᐁ䛱㻔㻓㼉㼅㻐㻔௧୕䚭䚭䚭䚭㻃㻋㻫㼌㼊㼊㼖㻒㻶㻸㻶㻼䚭䠡䠝䟻䝋䞀䝃㔖䛮䝌䝮䜰䞀ഷ䛑㻯㻠㻔㻓㼉㼅㻐㻔㻃㻋㻕㻓㻓㻛㻌䛭䜈⭶ኬ䛰⤣ゝ㔖䛴䝋䞀䝃䞀䛒ふῼ௥⾪Ⓩ䛰㐛⛤㻨㼙㼈㼑㼗㻃㼕㼄㼗㼈㻃㻃㻕㽙㻔㻓㻖㻖ิ䜇䛴䠃ᖳ䛭㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻯㻠㻔㻓㼉㼅㻐㻔௙䛮䛴Ẓ㍉㻋㻕㻓㻓㻚ᖳ䜄䛭䛴✒⟤䟻㻺䊲㼈䃓㻽䊲㼈㼈㻖㻓㻫㼝㻖㻫㼝㻔㻓㻛㻔㻓㻚㻔㻓㻚㻃㻷㼈㼙㼄㼗㼕㼒㼑㻃㼕㼘㼑㻬㻬㻔㻓㻚㻃㻷㼈㼙㼄㼗㼕㼒㼑㻃㼕㼘㼑㻬㻬㼗㼗㻔㻑㻙㻃㻫㼝㻔㻓㻚㻔㻓㻗㻃㻷㼈㼙㼄㼗㼕㼒㼑㻃㼕㼘㼑㻬㻬㼅㼅㻝㻃㻳㻷㻡㻔㻓㻪㼈㻹㻕㻓㻓㻮㻫㼝㻋㻫㻯㻷㻃㻔㻓㻫㼝㻌㻕㽙㻔㻓㻔㻕㻋㻔㻓㻛㻃㼌㼑㼆㻑㻃㼇㼌㻐䃒㻌㻔㻓㻜㻥㻨㻯㻯㻨㻫㼌㼊㼊㼖㻋㻔㻖㻓㻪㼈㻹㻌㻕㻓㻓಴㻒᫤㻘㽙㻔㻓㻘㻃㻐㻐㻐㻐㻐㻐㻐㻐㻐㻶㻸㻶㻼㻋㻔㻷㼈㻹㻌㻃㻕㻓಴㻒᫤㻘㽙㻔㻓㻗㻃㻐㻐㻐㻐㻐㻐㻐㻐㻐䛙䛴⾪䛒♟䛟ᵕ䛱䚮㻯㻫㻦䛵䚮㻷㼒㼓㻐㼉㼄㼆㼗㼒㼕㼜䚮㻃㻥㻐㼉㼄㼆㼗㼒㼕㼜䛭䛈䜐䚮ྜྷ᫤䛱㻃㻫㼌㼊㼊㼖㻒㻶㻸㻶㻼㻃㼉㼄㼆㼗㼒㼕㼜䛭䛈䜑䚯㻺㻏㻽䛵᳠ฝჹ䜘⌦よ䛟䜑୕䛭㔔さ䛰䜹䝷䝛䝯䛭䛈䜑䚯䛙䛌᭡䛕䛮䚮䛧䜍䜓䛊Ẵ䛒䛝䜄䛟䛒䚯
ケチな非弾性散乱(70mb)に比べて,面白い物理は10桁小さい㻷㼕㼌㼊㼊㼈㼕䛭୕ᡥ䛱㻗㻓㻰㻫㼝㻐㻡ᩐⓊ㻫㼝⣑㻙᰾ⴘ䛮䛟䚯
∸⌦よᯊ䛭⣑䠅᰾ⴘ䛮䛟䚯
神業の様な仕事をしてHiggs/SUSYを探す。
電子・陽電子と違ってやることがいっぱいあって、面白いです㻗㻑㻃㻫㼌㼊㼊㼖⢇Ꮔ
南部さん“自発的対称性の破れ”

Higgs粒子は ＳＭ唯一の未発見粒子である
LEPでの電弱相互作用の精密測定の結果
Higgs < 200 GeVである。
またmSUSYだと< 130-140GeV
直接探索で棄却
Mhiggs > 114GeV
ずいぶん追い込んでいる＜−

こう言う輻射補正を見ているLHCでのHiggs生成過程４つとその断面積

Gluon Fusion

VBF

Ｗ・Ｚとの随伴生成

Top/bottomとの随伴生成

LEPで棄却

生成断面積Higgsの崩壊過程㻔㻚㻓㻪㼈㻹䛴᫤䠚䊲㻺㻺䛒䜁䛮䜙䛯
Higgsの結合は質量に比例㻯㻨㻳䛒♟ြ䛟䜑㈻㔖
㡷ᇡ䛭䛵䚮㼅㼅㻏䚭䃚䃚䚮䃉䃉䚮㻺㻺㻏㻃㻽㻽䛴䠇䛪䛴ᓻቪ䝦䞀䝍䛒ኬว䛱䛰䜑䚯

H->γγはTop/Wを介したループ
複数のモードで観測可能 →性質を理解する上で極めて重要䠥䠟㻃㻫㼌㼊㼊㼖䛴◂✪䛭᭯ຝ䛰䝅䝧䝷䝑䝯䛴⧫䜇⏍ᠺ㐛⛤㻪㼏㼘㼒㼑㻃㻩㼘㼖㼌㼒㼑㻹㼈㼆㼗㼒㼕㻃㻥㼒㼖㼒㼑㻩㼘㼖㼌㼒㼑㼗㼗㻫䠩䠚ᓻቪ㐛⛤᭯ຝ䛰㡷ᇡ䛮䛣䛴ຝ⬗䚭㻫㻃㻐㻡䚭䃉䃉㻔㻔㻓㻐㻔㻗㻓㻪㼈㻹㻫㻃㻐㻡㻃㻃㻃㻽㻽㻐㻡㻃㻗㻃㼏㻔㻗㻓㻐㻔㻓㻓㻓Ⓠぜ䝿㻰㼄㼖㼖㻏㻃㼖㼓㼌㼑㻏㻃㼆㼒㼘㼓㼏㼌㼑㼊ῼᏽ㻃㻃㻃㻃㻫㻃㻐㻡㻃㻃㻃㻺㻺㻔㻖㻓㻐㻔㻚㻓㻃㻪㼈㻹Ⓠぜ㻃㻃㻃㻃㻫㻃㻐㻡㻃䃚䃚㻔㻔㻓㻐㻔㻗㻓㻪㼈㻹Ⓠぜ䝿㻰㼄㼖㼖㻏㻃㻃㼆㼒㼘㼓㼏㼌㼑㼊ῼᏽ㻃㻃㻃㻫㻃㻐㻡㻃㻺㻺㻔㻖㻓㻐㻕㻓㻓㻪㼈㻹Ⓠぜ䝿㻺㻃㼆㼒㼘㼓㼏㼌㼑㼊ῼᏽ㻫㻃㻐㻡㻃䃉䃉㻔㻔㻓㻐㻔㻗㻓㻪㼈㻹Ⓠぜ䚭㻃㻋㼉㼄㼎㼈䚮㧏ḗຝᯕ◂✪䟻㻰㼄㼖㼖ῼᏽ㻫㻃㻐㻡㻃㻃㼅㼅㻔㻔㻓㻐㻔㻖㻓㻪㼈㻹㻫㻃㻐㻡㻃㻃䃚䃚㻔㻔㻓㻐㻔㻖㻓㻪㼈㻹㻫㻃㻐㻡㻃㻃㻺㻺㻔㻖㻓㻐㻔㻛㻓㻪㼈㻹㻫㻃㻐㻡㻃㻃㻺㻺㻔㻗㻓㻐㻔㻚㻓㻪㼈㻹Ⓠぜ㻃㻰㼄㼖㼖㻃ῼᏽ㼖㼓㼌㼑㻠㻓䛴എッ㻼㼗䛴ῼᏽⓆぜ䝿㻺㻃㼆㼒㼘㼓㼏㼌㼑㼊ῼᏽ

(1) H-> γγ

in gg-fusion and VV-fusion

軽いHiggsは、H-> γγだけで５σ（Ｌ＝１０fb-1)
しかも spin がzero(2も可であるが）であることを示す 重要な証拠㻾㻕㼀㻃㻹㻥㻩㻝㻃䠚䚭䊲䃚䃚䚭䜈ぜ䛎䜑
VBFの特徴 QCD起源のＢＧ

Rapidity gap
φη
カラーの交換がない。Rapidity Gapが観測され、その間にhiggsが見える㼋㼄㼇㼕㼒㼑
䃚䃓㼏㼈㼓㼗㼒㼑

䃚䃓䃓

H->tautau (Br=7%)Br*σ＝300fb
Tau 34% leptonic decay-> trigger (一方か両方のtauがleptonic decay)䠨䠔䠘䚭㻫䊲䃚䃚䛴㻰䃚䃚ฦᕱ䚭㻃㻃㻃
ＭＨ=120GeV" + " # $ h% " l% " % l!

" + " # $ ll4%

Tauが再構成出来る
分解能は、ハドロン
程度 σ~9GeV䇻㻥㼄㼆㼎㼊㼕㼒㼘㼑㼇䛮㼖㼌㼊㼑㼄㼏䛴ᙟ䛒㐢䛌䚯㻧㻼䛴㻰㼝䛴㼓㼈㼄㼎䛴ᶋ㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㼢䛭⥙㮿䛱༇ื䛒䛪䛕䚯䃚䛴්ᵋᠺ䛱㼐㼌㼖㼖㼌㼑㼊᝗ሒ䚭㻋㼅㻐㼗㼄㼊䛵౐䛩䛬䛰䛊㻌㻃㻃㻐㻡㻃㻃㻃㼐㼌㼖㼖㼌㼑㼊㻃㻨㼗㻃䛴◂✪䛒㘵㻾㻖㼀㻃㻹㻥㻩㻃㻃䠚䊲㻺㻺䛴䠟䠦ฦᕱ㻃㻃
MＨ=160GeV+"

W W # l$l$

M>140GeV H->WWが主力になる。この時は、WW->lnulnuがkeyチャンネル㼓㼈㼄㼎㻃䜘ష䜏䛰䛊䚯䜊䛙䛹䛈䜙䟺ᙟ䛵జ䛬䛊䜑䛒䚮ᩐ䛵㼉㼄㼆㼗㼒㼕㻃㻘௧୕䟻!

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㏣ྡྷ䛓䚭䞀䠐㻃㼏㼈㼓㼗㼒㼑䛵ᥖ䛩䛥᪁ྡྷ䛱ฝ䜑䚯㻃㻐㻡㻃㼖㼓㼌㼑䜘ぜ䜑䛙䛮䛒䛙䛴㡷ᇡ䛭䜈ྊ⬗䚯㻫㼌㼊㼊㼖䛭䛈䜑䛙䛮䚮㻶㼓㼌㼑㻃䛮⤎ྙ䟺ᚃ㏑䟻䜘䜅䜑䛙䛮䛒ᚪさ㻾㻗㼀㻃㻫䊲㻽㻽㻍䊲䠆㼏㼈㼓㼗㼒㼑㼖䚭䚭䚭䠟䠚㻠㻔㻖㻓㻏㻔㻘㻓㻏㻔㻚㻓㻪㼈㻹㻃㻃䟺㻃㻔㻚㻓㻪㼈㻹䛴௛㎾䛵㻫䊲㻺㻺䛒䜁䜂㻔㻓㻓㻈䟻ฦよ⬗䛵㧏䛊䠌䃙㻠㻔㻑㻘㻐㻕㻪㼈㻹㻃㻔㻈䚭⛤ᗐ㻌䠔䠙䛑䜏⥙㮿䛱ฦ㞫ྊ⬗㻔㻗㻓㻪㼈㻹䜎䜐㔔䛊ሔྙ䛴䠩䠩䛮୩䜙䛭㻩㼌㼕㼖㼗㻃㻧㼌㼖㼆㼒㼙㼈㼕㼜㻃㼆㼋㼄㼑㼑㼈㼏㻕㻓㻓㻪㼈㻹䜎䜐㔔䛊ሔྙ㻃㻩㼌㼕㼖㼗㻃㻧㼌㼖㼆㼒㼙㼈㼕㼜㻃㼆㼋㼄㼑㼑㼈㼏

G4 Full simでもＯＫ

このチャンネルspin,CPの直接測定が可能

SM Higgsの発見能力

L=30fb-1で9σ以上の発見が可能（MH>114GeV:LEP limit)•••••

軽い場合 VBF・ττ
GF+VBF γγ
重い場合 VBF・WＷ
２００GeV以下の時は複数のモードで観測可能
２００GeVより重いとH→ZZ→４leptonで20σ以上

L=10fb-1で５σ以上→

2008-2009年
で発見可能

黄色(H->γγ)がもっとよくなっている。（７σ @L=30fb-1ほど）•測定精度0.1%
Calib 絶対精度が主な誤差.
Higgsのmass

2"v

V=246GeV
λ：4次の係数で外側の壁の傾き!

⤎ྙᏽᩐ䛴Ẓ䛴ῼᏽ⢥ᗐ䟺㻫㻺㻺ぞ᰹໩㻌䇻㻼䡆㻏㻃㻼䃚䛵㻔㻓㻐㻔㻘㻈⛤ᗐ䇻㻼㼅䛵㻖㻓㻐㻗㻓㻈⛤ᗐ䚭㻋㻹㻥㻩㻃㼅㼅ᚪさ䟻䇻㻪㼝䛵䚮㻘㻐㻔㻓㻈⛤ᗐ䛭ῼᏽྊ⬗⤎ྙᏽᩐ䛴⤧ᑊῼᏽ䛴⢥ᗐ㻃㼜㼗䚮㼜䃚䚮㼊㻽㻽㻫䚮㻃㼊㻺㻺㻫䛵䚮㻕㻓㻈⛤ᗐ䛴⢥ᗐ䛭Ử䜄䜑䚯㼜㼅䛵㻘㻓㻈㎾䛊䟺㻰㼋㻠㻔㻔㻘㻐㻔㻗㻓㻪㼈㻹㻌

Higgs Self-couplings

σ×Brが小さいHigh Luminosityが必要ー＞SLHCFor 6000 fb-1 (SLHC)Δλ ∼ 19% for 170 GeV MH䠟㻶㻶㻰㻃㻫㼌㼊㼊㼖䛴Ⓠぜ⬗ງ䇻㼋㻏㻫㻓㻏㻤㻓㻏㻫䟽䌝䛴䠆⛸㢦䇻㻷㼕㼈㼈㻃㼏㼈㼙㼈㼏䛭㼗㼄㼑䃈䛮㻰㻤䛴䚭㻕㻃㼓㼄㼕㼄㼐㼈㼗㼈㼕䛭オ㏑䇻㼗㼄㼑䃈䛒ኬ䛓䛊䛮㼅㼅㻫㻒㻤䛴㻃⤎ྙ䛒ኬ䛓䛕䛰䜑䚯㻃䚭㻫㻒㻤䊲䃚䃚䝿䃒䃒䝿㼅㼅䇻㼗㼄㼑䃈㻡㻔㻓䛭䚭㼊㼅㻐㻡㼗㻫㻐䛭㼆㼋㼄㼕㼊㼈㼇㻃㻫㼌㼊㼊㼖㻃䛒ふῼྊ⬗䊲㻰㻶㻶㻰㻃㻫㼌㼊㼊㼖䜈ᚪ䛠㻯㻠㻖㻓㼉㼅㻐㻔䛴㼕㼘㼑䛭Ⓠぜྊ⬗
䛙䛙䜏㎰௧አ䛵䠃ᖳ䛭㻲㻮㻋㼗㻃䊲㻫㻎㼅㻃䛒㼆㼒㼙㼈㼕㻌㻃䛙䛴⥫䛴㒂ฦ䛵䚮H䠥䠟䛱జ䛥ᛮ㈻䛴h䛒ふῼ䛛䜒䜑䛦䛗䚯㻘㻑 㻷㼈㻹㡷ᇡ䛴᩺䛝䛊∸⌦䛴᥀⣬䚭䚭䚭㉰ᑊ⛘ᛮ⢇Ꮔ䛴ⓆぜGUT,Dark Matterなど御利益ࣆ࣐࢛࡛࢘ࣜࣤ࣍ࢮࣤࢅஹᥦࡌࡾንᥦ㸝㉰ᑊ⛘ᛮንᥦ㸞
ࠈࠈࠈࠈ㏳ᖏࡡ⢇Ꮔ
S=1/2

charged lepton: e, μ,τ
neutrino:
ν, ν, νquark:u, c, tࠈࠈࠈࠈd, s, bࠈࠈࠈࠈࠈ㉰ᑊ⛘ᛮ⢇Ꮔ
~ ~ ~

S=0

charged scalar lepton: e, μ,τ
~ ~ ~scalar neutrino: ν, ν, νscalar quark: ~u, ~c, ~t~ ~ ~d, s, b~

S=1

photon : γ (B0 and W0)
Weak Boson : W+-, Z
gluon:
g

S=1/2

Bino : B0~ +-, W~0
Wino : Wgluino: g~

S=0

Higgs: h, H,A, H +-S=1/2

Higgsino:

S=2

Graviton:

S=3/2

gravitino:

G~ ~~H01, H02, H+-~G

Spinが1/2だけ異なる
超対称性粒子が存在すると(1) 階層問題(2) ＧＵＴ(3) 時空の対称(4) ＤＭ問題などを自然に解決してくれる。
（歴史の教訓：電子<-> 陽電子がＱＥＤを救った：二匹目のどじょう）

見えていないー＞何らかの理由で重くなっている（ＳＵＳＹが破れている）

SUSYの破れ（2種類）とＤＭの候補
ࠈࠈࠈࠈ㏳ᖏࡡ⢇Ꮔࠈࠈࠈࠈࠈ㉰ᑊ⛘ᛮ⢇Ꮔ
~ ~ ~

S=0

charged scalar lepton: e, μ,τ
~ ~ ~scalar neutrino: ν, ν, ν~ ~~ ~ ~scalar quark: ~u, d, c,s, t, b

photon : γ (B0 and W0)
Weak Boson : W+-, Z
gluon:g

S=1/2

Bino : B0~ ~Wino : W+-, W0~
gluino: g

S=0

Higgs: h, H,A, H +-S=1/2

Higgsino:

S=2

Graviton:

S=3/2

gravitino:

S=1/2
S=1

charged lepton: e, μ,τ
neutrino: ν, ν, ν
quark: u, d, c, s, t, b

G~~~0 , H~ 0 , H~+H
12~G

2. Gravitino
SUSYの破れ1.

Neutralino

4つの状態は混合する。
そのうち一番軽い状態は安定で良いＤＭの候補
質量：O(10)-O(100)GeV
非相対論的な Cold DM
SUSYの破れSUSY粒子SUSY粒子
重力を介して、伝わる場合：

ゲージ相互作用を通して伝わる場合：~
G が軽いまま(<1GeV Warm DM)（Gauge mediation )宇宙論的にはあまり面白くない。
(warm, slow decay BBNにおいたする）~
G が重くなる。

（Gravity mediation)

mSUGRAの簡単な纏め䠇䛪䛴䝕䝭䝥䝃䞀㻃䠌䚭㼐㼒㻏㻃㼐㻔㻒㻕㻏㻃㻃㻃㼗㼄㼑䃈㻏㻃㻃㻃㻃㻤㻓㻏㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㼖㼌㼊㼑㻋䃒㻌䚭䚭䚭䚭䚭䚭䚭䚭㻃䚭㻋㼐㼄㼖㼖㻃㻣㻪㻸㻷㻌㻃㻃㻃㻃㻃㻋㻹㻨㻹㻌㻃㻃㻃㻋㼖㼆㼄㼏㼄㼕㻃㻖Ⅴ㻌㻃㻃㻃㻋㻫㼌㼊㼊㼖㼌㼑㼒㻃㼐㼄㼖㼖㻌䊲䚭ḗ䛴㡣ୌ⯙Ⓩ䛰ലྡྷ㻃㻃( g˜ , q˜ )䇻㻦㼒㼏㼒㼘㼕㼈㼇㻃㼓㼄㼕㼗㼆㼌㼏㼈㼖䚭䚭䚭䚭䚭䛵㔔䛊㻃䇻㻃㻃㻃㻃㻃䚭䛵㻯㻶㻳䛭Ꮽᏽ㻋㻵㻐㼓㼄㼕㼌㼗㼜㻌㻃㻃㻦㼒㼏㼇㻃㻧㻰䛴Ⰳ䛊ು⿭"˜ 10䇻㻫㼌㼊㼊㼖㼌㼑㼒㻃㼐㼄㼖㼖㻃㻋㼟䃒㼟㻌㻃㻡㻃㻓㻑㻛㼐㻔㻒㻕㻋㻺㼌㼑㼒㻌㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻋㼐㻓㻡㻡㼐㻔㻒㻕䛴ሔྙ௧አ㻌㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃䊲䚭䚭䚭䚭䚭䚭䚭䚭䚭䚭䚭䚭䚭䚭"˜ 0 # B˜ 0 , "˜ 0 # W˜ 0 , "˜ ± # W˜ ± , "˜ 0 , "˜ ± # H˜
1!

2

1

3,42

䇻➠䠅ୠ௥䛴䚭䚭䛵㍇䛊䚯㻋㻼㼘㼎㼄㼚㼄㻎㻯㻵㻃㼐㼌㼛㼌㼑㼊䛴ຝᯕ㻌㻃! f˜䚭䚭

( g˜ g˜ , g˜ q˜ , q˜ q˜ )!
䠞䠚䠕䛭䛴୹䛰㻶㻸㻶㻼⏍ᠺ㐛⛤䛵䚮䚭䚭䚭䚭䚭䚭䚭䛭䛈䜑䚯⏍ᠺ᩷㟻✒䛵䚮䛙䜒䜏䛴㼐㼄㼖㼖௧አ䛱䛵䝦䝋䝯౪Ꮛᛮ䛒ᑚ䛛䛊䚯䛥䛦䛴㼖㼗㼕㼒㼑㼊㻃㼌㼑㼗㼈㼕㼄㼆㼗㼌㼒㼑! 0 ± ˜g˜, q˜"˜ , "˜ , l㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃䚭䜏䛵䚮㻃㻃㻃㻃㻃㻃䚭䛴ᓻቪ㐛⛤䛭ฝ䛬䛕䜑!
䚭䚭䚭䚭䚭䟺ኣṹ㼆㼄㼖㼆㼄㼇㼈ᓻቪ䟻㻯㻨㻳㻏㻷㼈㼙㼄㼗㼕㼒㼑䛮䛴ኬ䛓䛰㐢䛊

SUSYの破れ(model parameterの整理)
一般にパラメターはＣＰ位相も入れて約120以上ある。”もっともらしい仮定”を入れて、自由度を減らす。
加速器物理に一番インパクト（影響）のある条件を調べて、効果を調べることが大切。

~ ~ ~charged scalar lepton: e, μ,τ
~ ~ ~scalar neutrino: ν, ν, ν~ ~~ ~ ~scalar quark: ~u, d, c,s, t, b

S=0~0gluino: g(M1 )
(M2)
(M3)

S=1/2

Higgsino:

H01, H02, H+- (μ)

S=3/2

gravitino:

Bino : B~

S=1/2~

Wino : W+-, W0~~ ~~4.5個のパラメター(mSugra) ：mo, m1/2, tanβ, A0,sign(μ)(mass @GUT) (VEV) (scalar 3点) (Higgsino mass)
GUT scale(2*1016GeV)で、共通の質量、３点結合
ヒッグスセクターもsfermion, gauginoと同じ~

G

M1：M2 ：M3 =α１： α2： α3 ＝0.4 m1/2 : 0.8 m1/2 : 2.8 m1/2

GUTのスケール

Higgsino mass (|μ|) > 0.8m1/2(Wino)(m0>>m1/2の場合以外)"˜ # B˜ 0 , "˜ 20 # W˜ 0 ,0"˜ 1± # W˜ ± , "˜ 3,4, "˜ 2± # H˜
011TeVくらい自然にマイナスになる。
これが自発的対称性の破れ
ヒッグス機構ＬＨＣでのSUSY粒子の生成過程陽子は、クォークとグルオンで構成されている。クォークとグルオンから生成されるので( g˜ g˜ , g˜ q˜ , q˜ q˜ ) が、主要な生成過程である。

!
•大きな生成断面積•ただの強い相互作用:
mass以外は SUSY parameterに強く依存しない。
•High x のpdfが大切•Ｋ-factor 1.4 SUSY NLOの計算もすすんでいる。

!

!

m(q˜ ) = m(g˜ ) = 0.5TeV

σ~100pbg˜ g˜ がmainm(q˜ ) = m(g˜ ) =1TeV

σ~3pbm(q˜ ) = m(g˜ ) =!2TeV

σ~20fbu˜u˜, u˜d˜ がmaing˜ , q˜ のdecay tablem( g˜ ) < m(q˜ )!

!
!

!

!

g˜q˜ Lq˜ Rm( g˜ ) " m(q˜ )qq B˜ 0 (# 1)
g˜ " qq W˜ 0 (# 2)!
qq W˜ ± (# 4)g˜ " qq˜!
tt˜1
g˜ "bb˜1
˜ 0 (# 1)
qW! q˜ L "qW˜ ± (# 2)q˜ L " qg˜!

q˜ R " qB˜ 0

q˜ R " qg˜! Strong interactionm( g˜ ) > m(q˜ )EW interaction!

ここら辺はあまりモデルによらない。Massの関係やB,Wとχの関係、第３世代などが依存、、!

!

多段カスケード崩壊が観測される。
（非常に特徴的）

大雑把に言うと期待されるevent topologyは、
multileptons
E/ T + High PT jets + b-jets
τ-jets!

BGは、W/Z+Njets, top, QCD multijtes㻰㼌㼖㼖㼌㼑㼊㻃㻨㼗㻃㻋㻪㼈㻹㻌㻩㼒㼕㻃㼐㻨㼗㻡㻚㻓㻓㻪㼈㻹⥙㮿䛰㼈㼛㼆㼈㼖㼖䛒ふῼ䛛䜒䜑䚯㻋㻔㻷㼈㻹䛴㻶㻸㻶㻼㻌䛙䛴㼐㼌㼖㼖㼌㼑㼊㻃㻨㼗㻃㻃䛵㻦㼒㼏㼒㼕㼈㼇㻃㼓㼄㼕㼗㼌㼆㼏㼈㼖㻃㼐㼄㼖㼖㻃䛮㻱㼈㼘㼗㼕㼄㼏㼌㼑㼒䛴㈻㔖ᕣ䜘ᙁ䛕ཬ᫆
Missing ETの研究がＳＵＳＹ研究の鍵㻲㼑㼈㻃㼏㼈㼓㼗㼒㼑㻃㼐㼒㼇㼈㻃㻃㻃㻝㻃㻃㼗㼗㻃㻎㻃㻱㻃㼍㼈㼗㼖㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻝㻃㻃㻺㻃㻎㻃㻱㻃㼍㼈㼗㼖㻦㼒㼘㼑㼗㼖㻒㻔㻓㼉㼅㼁㻐㻔㻃㻗㻓㻓㻪㼈㻹㻑
レプトンを要求するとＢＧが落とせる ー＞ excessが綺麗に見える㻶㻸㻶㻼㻃㼖㼌㼊㼑㼄㼏㻰㼄㼖㼖㻠㻔㻷㼈㻹㻰㼈㼉㼉㻋㻪㼈㻹㻌㻦㼒㼘㼑㼗㼖㻒㻋㻔㻓㼉㼅㼁㻐㻔㻃㻗㻓㻓㻪㼈㻹㻌

この位置がSUSY粒子の質量スケールと強く関係している㻰㼈㼉㼉㻃㻋㻪㼈㻹㻌㻠㼐㻨㼗㻃㻃㻉㻃䂹㻳㼗㻃㼒㼉㻃㼍㼈㼗mSUGRAの発見能力
SLHC(L=3000fb-1 )で約3.5TeVまで

L=300fb-1 で約2.5TeVまで
㻦㼒㼏㼇㻃㻧㻰䛮䛝䛬㟻Ⓣ䛊㡷ᇡ䛵㻕㻓㻓㻚ᖳ㻋㻓㻑㻔㼉㼅㻐㻔䟻㻕㻓㻓㻜ᖳ㻋㻯㻠㻔㻓㼉㼅㻐㻔㻌䛭㻃䚮⣑㻕㻷㼈㻹䜄䛭No EWSB㻕㻓㻓㻛ᖳ㻋㻯㻠㻔㼉㼅㻐㻔㻌䛭㻃䚭䚭䚭䚭㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃ࠤ㻔㻑㻘㻷㼈㻹䜄䛭䠇䃙ྊ⬗䚭䚭㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻪㻸㻷㻝㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃㻃䚭⣑㻘㻓㻓㻪㼈㻹䛱┞ᙔ䚭䚭䚭䛟䜑䚯㻯㻨㻳㻐㻬㻬䛴䠇ಶ質量の再構成に関して
1.
2.
3.

g˜q˜

適当なdecay chainを選ぶ (key point!)q（奇麗か？ 他のSUSY Decay chain? 長いか？）
mass やPＴなどのkinematic distributionを作る!
!
!
!
Edgeやendpointからmassの関係に束縛を与える!0"˜ 20"˜ 10llq! 下から攻めあげる!
$ m( ˜l±R ) '2!

max
M ll!
= m( "˜ 2 ) 1# &0 )% m( "˜ 2 ) (SharpなEdge Mmaxll!

˜l±R$ m( "˜ 10 ) '2
1# &± )% m( ˜l R ) (•一般に関係式の方が未知数（質量）より少ない。Modelの助けを借りてMassの絶対値を決める。
•2body decay chainが最低３連発した場合は model independentに決めることが出来る。(次のページ）•tanβが大きいと段数が増えたり、τ、ｂが多くなる。
•発見と違って、model依存性が強い。
•Br測定は難しいm (ll) spectrum
end-point : 109 GeV
exp. precision ~0.3%

登場人物４人q˜"˜02

˜l±Rq!

!

˜"10l!
!
m (l j) spectrum±

end-point: 479 GeV
exp. precision ~1 %!

!

4未知数 vs 4条件 →!

lm (llj)min spectrum
end-point: 552 GeV
exp. precision ~1 %m (llj)max spectrum
threshold: 272 GeV
exp. precision ~2 %model independentにmassが決まる。(3-12%程度
for 700-800 GeV squark, gluino）

㻙䠀㻷㼈㻹㻃㼖㼆㼄㼏㼈㻃䛴ఴḗඔ䟺㻥㼏㼄㼆㼎㻃㻫㼒㼏㼈㻃䜊㻃䜯䝯䝈䜥䜳䝭䜨䝷䟻㻃 メンブレーン：
Gauge bosonはd < Rs

膜の中にいる
重力は、閉弦でバルクに飛び出せるMp(Planck scale ~TeV)
隠れた次元n104

d < Rs㻵㼖䜎䜐ᑚ䛛䛊䠶䛭㼓㼄㼕㼗㼒㼑䛒
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Ｍpl < 6TeV㻰㻳㼏㻠㻔㻷㼈㻹㻏㻃㻃㼑㻠㻕㻃㻃㻃㻃㻰㻥㻫㻠㻙㻑㻖㻷㼈㻹㻋㻨㼑㼈㼕㼊㼌㼗㼌㼆䚭ᩐ㻔㻓㻓㻪㼈㻹㻃䛴㼍㼈㼗㻏㼓㼋㼒㼗㼒㼑㻏㻃㼏㼈㼓㼗㼒㼑㻃䛒䜺䜳䜺䜳䛊䛬䚮䜄䜑䛊㼈㼙㼈㼑㼗䛒≁ᚡ䟻

for n=2-7 (L=10fb-1)
Particle E -> 黒色輻射 ->温度が決まる
はずだか実験的に難しい。

KK graviton gg->gK (モノジェット）㻚㻑㻷㼒㼓䛮㻥㻐㻳㼋㼜㼖㼌㼆㼖Topの質量測定•107 tt/10fb-1
非常に豊富な統計•EWの重要なparameter"mt = 1GeV
# "sin 2$ eff = 3 %10&5# "mW = 6MeV!

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Topの質量測定•107 tt/10fb-1
非常に豊富な統計•EWの重要なparameter"mt = 1GeV
# "sin 2$ eff = 3 %10&5# "mW = 6MeV!

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m jj = M WPDG , ml" = M WPDGfit
m jjb = ml"b = M top

Semi-leptonic decay channel•Br~2*0.7*0.2=0.28•Jetの組み合わせの不定性小さいχ2<4がちゃんと出来た条件!

Comb. BG

ＭfittopこのままMtopをfitでだすと、以前同様に FSRのsystematic errorが大きい（1.3GeV）
χ2の悪いevent を調べてみるとhard なFSR やνを出している。
結果としてEnergyが低くなっている。

χ２→0がＭtop FSRの出方によらない。

χ２のbinごとにsliceしてそれぞれMtopをfitする。十二分な統計がある
のでそれぞれの点でも十分な統計精度

Error SourceΔｍ(GeV)

統計（10fb-1)

0.1

q calibration不定

0.2

ISR

0.1

FSR

0.5

b fragmentation

0.1

b calibration不定(1%)

0.7 (まだ）

組み合わせ

0.1

合計

0.9 !!!!

0.9GeVの精度

B-physics at ATLAS/LHCb（１）B+ $0+ $"J/#(µµ)K(%% ) を用いたsin2βの測定
dS

HLT:Pt>6GeV以上の2μ 約10Hzで収集!

•K0Sが再構成出来て、Bｄが再構成出来る。
S/B=32と非常に高い。
•反対側のflavour tagは、semi-leptonic decayのLeptonをtagする方法(εD2=0.7%)とleading πを使う方法(εD2=2.4%)でtagする。

•250k event/30fb-1と統計も高い→ Δsin2β=0.016 (stat.) +-0.005(sys.)
2%の精度でsin2βが測定可能(約３年の測定）

上には上が、、
LHCbは、B-physicsに特化した検出器：
low Pt trigger, RICH:K,π,e,μ分離
119kevent/2fb-1 で、2%の測定を行う。

BdＡ䚭㼊㼊䊲㼅㼅㻃㻘㻓㻓䃒䠴䛴ᴗ䜇䛬ኬ䛓䛰⏍ᠺ᩷㟻✒๑᪁䛒ኣ䛊䠌䠞䠚䠕䠴๑᪁䛱≁໩䛝䛬㻵㻬㻦㻫㻃㻮㻏䃖㻏䃒ฦ㞫≁Ṟ䛰☚ሔ䛭ฦ㞫㻋㻕㻌㻃㻳㼋㼜㼖㼌㼆㼖㻃㼒㼉㻃㻥㼖㻃㼐㼈㼖㼒㼑䂫㼐㼖㻃㼉㼕㼒㼐㻃㻥㼖㻃→㻃㻧㼖㻃㼓㻃㼄㼑㼇㻃㻥㼖→㻃㻧㼖㻃㼄㻔䇻㻖㻓㼓㼖㻐㻔䜄䛭᳠ฝྊ⬗㻋㻯㻫㻦㼅㻃㻘㻛㼓㼖㻐㻔䟻䇻㻓㻑㻓㻘㼓㼖㻐㻔䛴⢥ᗐ䛭ῼᏽྊ⬗㻃㻃㻃䂫㼐㼖㻃㻃ࠤ㻔㻕㼓㼖㻐㻔㻋㻖㻌㻃㻵㼄㼕㼈㻃㼇㼈㼆㼄㼜㻃㻃㻥㼕ࠤ㻔㻓㻐㻜ATLASSignal Signal
Bs->µµ Bd->µµBG

92660

14纏め

LHC実験は、2007年実験開始に向けてすすんでいる。
二つの大きな目的•質量の起源であるHiggsは、2008-2009（10fb-1）で５σ発見可能
質量の測定精度 0.1% 結合定数の比は、５ー１５％程度で測定•SUSYもすぐに発見可能 。mSugra 2008年 2TeVまで発見可能
DMの面白いところなど 2007年に（？！）
Massの測定も可能(いいdecay chainがあれば、model independentだが、、）•数TeVまでの余次元がある場合も発見可能

2007年に、TeV領域の新しい物理が切り拓かれる。