5 年ぶりに、素粒子物理学者は 2 つの主要なコライダー施設を稼働させようとしています。つくばにある日本の高エネルギー加速器研究機構 (KEK) の関係者は本日、研究者が SuperKEKB と呼ばれる加速器でビームを循環させることに成功したと発表しました。すべてが計画通りに進めば、SuperKEKB を使用する研究者は、来年、電子を陽電子に粉砕し始め、スイスの世界最大の原子粉砕機である大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) に取り組んでいる研究者に加わり、新しい物理学を探求することになります。 (3 番目のコライダーである、ニューヨーク州アプトンのブルックヘブン国立研究所の相対論的重イオン コライダーは、一種の核物理学により焦点を当てています。)
ハワイ大学マノア校の物理学者であり、SuperKEKB から供給される Belle II 粒子検出器に取り組んでいる 600 人の物理学者のスポークスパーソンである Thomas Browder は、LHC が始動した 2008 年以来、「これは初めての新しい加速器です」と述べています。 . LHC は、米国が 2011 年にイリノイ州バタビアのフェルミ国立加速器研究所でテバトロン コライダーを閉鎖して以来、素粒子物理学者の唯一のコライダーでした。
LHC と SuperKEKB はどちらも、十分にテストされた素粒子物理学の標準モデルに当てはまらない物理現象を発見することを望んでいます。しかし、SuperKEKB は LHC とは異なる戦略を追求します。 LHC は、これまでに達成された最高のエネルギーで陽子を粉砕することにより、重い新しい素粒子をつかの間の存在に吹き飛ばすことを目指しています。 2012 年、LHC での研究により、長い間求められていたヒッグス粒子が発見されたとき、このタックは見事に成功しました。対照的に、SuperKEKB は、はるかに低いエネルギーで陽電子と電子を衝突させて、おなじみの粒子を大量に生成し、それらの特性を詳細に研究して、新しい粒子やその他の現象のヒントを得ます。
特に、SuperKEKB のエネルギーは、B 中間子として知られる大量の粒子を生成するように調整されます。各粒子には、ボトム クォークと軽い反クォークと呼ばれる巨大な粒子が含まれます。量子力学の奇妙さのおかげで、B メソンの特性は、その中の「仮想」存在に出入りする他の粒子に依存します。したがって、標準モデルを超える新しい粒子が存在する場合、B 中間子内にそれらの幽霊のような存在があると、それらの新しい粒子が重すぎて LHC で直接生成できない場合でも、標準モデルの予測から中間子の特性が歪められる可能性があります。
SuperKEKB は、実際には、1999 年から 2010 年まで稼働していた古い KEK B ファクトリー (KEKB) を 2 億 7500 万ドルかけてアップグレードしたものです。 1 つのリングを循環する電子は、7 ギガ電子ボルト (GeV) のエネルギーまで加速されます。電子の反物質である陽電子は、最大 4 GeV のエネルギーでもう一方のリングを移動します。衝突率を KEKB の最高値よりもはるかに高くするために、物理学者は加速器の磁石のかなりの部分とビーム配管の多くを交換し、その他多数の微調整を行いました。 「目的は、電流を増やしながらビームを小さくすることでした」とKEKの物理学者である赤井一典は言います。電子と陽電子は、まだ建設中の Belle II 検出器内で衝突します。
KEK の物理学者は、すでに栄光を味わっています。 KEK と、カリフォルニア州メンロパークにある SLAC 国立加速器研究所のライバル施設での実験で、科学者たちは B 中間子の振る舞いと電荷パリティ (CP) 違反として知られる対応する反物質の微妙な違いを探しました。 2001 年に、KEK と SLAC の両方が B 中間子の崩壊における CP 破れの量を測定し、それが日本の理論家である小林誠と益川俊英による予測と一致することを発見しました。その確認により、ペアは 2008 年のノーベル物理学賞の分け前を獲得しました。
物理学者は現在、標準モデルを超えた物理学と粒子を探したいと考えています。 「新しい粒子を探すことは、このアップグレードの主な目的の 1 つです」と、KEK の物理学者である後田裕氏は言います。彼らはマイルストーンを通過しましたが、「加速器の可能性を最大限に発揮するには時間がかかります」と、KEK の加速器研究所所長である山口誠也氏は述べています。後田氏は、2017年後半または2018年初頭に検出器が予備データを取得し、2018年後半に本格的な観測が開始されることを期待していると述べています。その後、加速器と検出器の両方が最高の性能で動作するようになるには、さらに数年かかるでしょう.
この共同研究は、日本の科学的取り組みの国際化におけるマイルストーンでもあります。 23 か国の 98 機関から研究者が集まっています。そのうち、日本を拠点としているのは約 4 分の 1 にすぎません。 「（外国人研究者にとっての）魅力は、ここがボトムクォーク研究の世界的中心地であり、強度フロンティアの主要な施設であることです」とブラウダーは言います。標準モデルを超えています。"
Adrian Cho によるレポート付き
