油断するなここは戦場だ

恐るべき子供たち

LHC というのは陽子と陽子を衝突させる実験だ。陽子というのは、原子核の構成要素の一つで電荷1をもっていて、水素原子と同じものだ。LHC 実験ではとりあえず3500 GeV (ギガエレクトロンボルト=10^9 エレクトロンボルト)のエネルギーまで加速した陽子同士を衝突せている。ただしこれは「LHC での素粒子の衝突エネルギー」とはずいぶん違う

陽子は「複合粒子」といって、クオーク3つがグルーオンで固められたものでできている。クオークやグルーオンは素粒子(これ以上分割できない粒子)とかんがえられている。特にグルーオンは「強い力」を伝える粒子だ。
陽子と陽子を衝突させると、陽子のなかにいるクオークやグルーオン(纏めてパートンと呼ぶ)どうしの衝突がおきる、そして残念なことに陽子の中のこれらの素粒子は陽子の持っているエネルギーのうちのほんのちょっぴりしか担っていないことがほとんどだ。

陽子ってのは雪の玉に似ている。向いあって雪の玉どうしを投げ合うと、時には雪の玉どうしでぶつかることもあるかもしれないけど、雪玉どうしが正面衝突であたる事は稀で、ほとんどはかすり衝突だ。芯がないからぶつかってもバラバラにくだけるだけで、すごい事はおこらない。LHC 実験でおこる素粒子同士の衝突はほとんどがこのかすり衝突だ。(実はこんなデータまで到底とっておけないので、衝突データのほとんどははじからすてているのだ。LHC 実験の衝突データの総てを、リアルタイムでとる計算機資源はないので、事前におもしろい衝突だけを選び出して残していのである。)

LHC 実験で研究者が待っているのは高いエネルギーの衝突事象である。例えば陽子の中のパートンがたまたま親粒子の1/20もの(苦笑)エネルギーを持っているとトップクオークという一番重いクオークを作ることができる。(トップクオークの質量は陽子の175倍だ)こういう衝突はLHC ではもう20000回くらいは起こったはずだけど、まだ全部の解析結果は発表されていない。こういう現象は陽子の中に確率的に入っている高いエネルギーのパートンが衝突に参加した時におこる。こういう現象が起こる時の陽子っていうのは「小石が入った雪の玉」のようなものだ。外見は普通の陽子だけど、衝突した時に大きな衝撃ーーエネルギーの移動ーー
がおこる。

トップクオークはCDF や D0といったテバトロンの実験でもすでにかなり調べられている。この実験はビームエネルギーはたかだか1000TeV だが、これでも Top quark を作るには十分だし、何よりもうかなり長く実験をしているからたくさんデータがある。LHC実験で我々が待っているのは、トップクオークよりずっと重い新粒子の発見だ。高いエネルギーのパートン同士の衝突の起こる確率はだいたいエネルギーの 5乗に比例して減っていく(つまり大きめの小石の入った雪の玉が出る確率は低い)ので、たとえばトップクオークの2倍の質量の粒子が作られる確率はトップクオークの1/10 くらいだと思ったらいいだろう。

LHCのような陽子陽子衝突実験というのは、効率はそんなによくないけれども、今年は去年の20倍のデータをとって、どんどん新粒子の探索を行う予定にしている。今日 hep-ph にでたアトラス実験の論文では,去年のデータを用いて600 GeV~700GeV 以下の質量をもった「超重力模型のスカラークオークやグルイーノ(クオークやグルオンの超対称粒子)」は存在しないという結果をだしていた。より多くの衝突実験を行うと高いエネルギーのパートン同士との衝突データもたまり、これを解析すると1 TeV 程度の質量をもつ超対称粒子の存在について、何らかの制限ができると期待されている。これがどういう意味をもつかは順々に説明していきたい

#とりあえず雪がどんどこ降った地域の方はLHC のことを考えながら石のはいっていない雪の玉で平和に雪合戦など楽しんでいただければ、と思う。

##ちょっとかきかえました。
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by mihoko_nojiri | 2011-02-14 21:58 | 物理

physics at LHC
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