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研究概要

研究概要

山中卓研究室は 高エネルギー 素粒子物理学加速器を使った実験で解明しようとするグループです。

・素粒子物理学とは

物質は原子からできていて、原子は原子核と電子からできています。
原子核をさらに細かく見ると、原子核は陽子と中性子からなっています。
さらに細かく見ると陽子や、中性子はクォークと呼ばれる粒子からできていることがわかっています。
電子や、クォークなど、それ以上分けられない物質を構成する最小の単位を素粒子と言います。
この素粒子に関して研究するのが、素粒子物理学という学問です。

・なぜ高エネルギーが必要なのか?

有名なアインシュタインの式E=MC^2にもあるように、質量とエネルギーは等価なものであり、互いに移り変わることができます。
物質と反物質が出会えば、その質量はすべてエネルギーに変わります。これを対消滅と言います。
それとは逆に、十分なエネルギーがあれば、エネルギーから粒子のペアを作ることができます。これは対生成と呼ばれます。
自然な状態では見つからない素粒子を探すには、その質量に相当する高いエネルギーを与えて作り出す必要があります。

高エネルギーにすることには、もう一つ意味があります
物体を細かく見て行って、原子核や素粒子のサイズまでみるには、顕微鏡ではもちろん無理です。
すべての物質はの性質と粒子の性質を持っています。その波の波長はエネルギーが高くなるほど小さくなります。
つまり、高いエネルギーの粒子をぶつけることで、対象のごく近くでの物理現象を調べることができるのです。

・どうやって高いエネルギーにするのか

エネルギーは質量として持っている静止エネルギーと、運動による運動エネルギーがあります。
エネルギーを増やすには、加熱したり、電磁気力をかけたりして、粒子を加速する必要があります。

高エネルギー実験では、電磁場で粒子を加速する加速器という装置を用いて、素粒子を光速に近い早さまで加速します。
さらに、加速した素粒子同士を衝突させたり、標的となる物質に衝突させたりしてより高いエネルギー密度の状態を作り出します。
これにより、ビッグバンが起こった直後の宇宙の状態を再現することができるほど高いエネルギー密度が得られるのです。

研究内容

私達のグループでは、加速器を用いて様々な対称性に関する研究を行っています。

KOTO実験 J-PARC(東海村)の大強度陽子加速器をもちいた、
中性K中間子系の崩壊によるCP対称性の破れの精密測定
この実験は、物質と反物質の間の対称性であるCP対称性の破れを詳しく調べる実験です。
ATLAS実験 欧州原子核研究機構CERN(ジュネーブ)の大型ハドロン衝突型加速器LHCをもちいた、
ヒッグス粒子や超対称性粒子の探索
この実験は、物質の質量の源とされるヒッグス粒子や、超対称性粒子という素粒子を探し、
ゲージ対称性超対称性について調べる実験です。

研究生活

ミーティングやゼミの時間を除けば決まった拘束時間は特にありません。
朝早くから来る人もいれば、その人達と入れ替わりで夕方から来る人もいます。

学部生 B4

B4は特定の実験に配属される訳ではなく、スタッフや先輩の指導のもとB4だけで実験を行います。
前期はμ粒子の寿命測定を通して測定機器の使い方や解析方法などを学びます。
後期からは卒業実験に取り組みます。卒業実験はB4自身で取り組むテーマを決めて実験を行います。

Master

修士課程からはそれぞれの実験グループに配属されます。
修士課程のうちは、基本的には大学にいて、授業を受けたり、研究をすることがほとんどです。

Doctor

博士課程に入ると、次第にKEKやJ-PARC、CERNなどの実験施設に直接行って作業や研究をすることが多くなります。

研究室の雰囲気

学部生、院生は同じ大部屋(H501~503)に席があります。
すぐ近くに先輩の席があるので、困ったときに話を聞いてもらったり、趣味の話で盛り上がることがよくあります。
教授やスタッフがその話の輪に加わってみんなで集まって語り合うこともしばしば。
学生とスタッフ、実験グループの境なく仲良い研究室です。

年に一度、研究室みんなで一緒に研究室旅行に出かけます。
ゼミ旅行ではありませんので、旅行中にゼミや発表をする訳ではありません。
ラフティングをしたり、ハイキングをしたり、ゴーカートでレースを楽しんだり・・・・・
詳しくは
研究室旅行の写真を見てください。




Written by Y.Sugiyama 09/07/13