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山崎祐司（神戸大）LHC 実験，陽子衝突実験の原理，加速器講義（前半）の内容LHC実験とハドロンコライダーの基礎量子色力学とクォーク?グルーオンの散乱高エネルギー陽子?陽子散乱LHCの物理過程電子?陽子散乱による陽子の構造の測定LHC (Large Hadron Collider) at CERN**CERN: 欧州原子核研究所標準模型の予言する質量起源のヒッグス粒子，標準模型を超える粒子?相互作用の発見が目的世界最大，最高エネルギーの加速器モンブランジュネーブ市街周長27km （電子?陽電子衝突実験　LEP トンネルの再利用）7TeV = 7 兆電子ボルト（TeV = 1012 eV） 陽子同士の衝突 　重心系エネルギー14 TeV　米Tevatron の7倍40MHz 衝突建設期間 14 年レマン湖スイスCERNフランスLHC加速器と物理実験ATLAS: 14TeV pp日本は高エネ研 (KEK)，東大，神戸大など１５の研究機関が参加LHCb: 14TeV ppb-クォークの物理（CP 非保存）に特化しているこのあと，14TeV pp,ATLAS/CMS の話のみCERN研究所ALICE: 重イオン衝突Quark-gluon plasma 生成で初期宇宙再現広大，東大，筑波大，理研加速器：KEK が協力CMS: 14TeV pp標準模型の粒子と相互作用ハドロンコライダーとは陽子陽子?陽子衝突（Tevatronまでは陽子?反陽子衝突）点状粒子＝素粒子，の衝突ではない陽子の「なかみ」＝クォーク，グルーオンの衝突陽子の「あまり」(proton remnant)高い横運動量 pT を持つ散乱された粒子{クォーク，グルーオン} = パートン parton(ハドロンの構成部分をなす粒子という意味の造語。強い相互作用に関連する素粒子の総称)パートン同士がぶつかって散乱クォークとグルーオン, c, tクォークと電磁気 (g)u-type (eu2 = 4/9)d-type (ed2 = 1/9)W±: u, d 同じ電荷Z0 は複雑グルーオンクォーク間の相互作用電弱相互作用との違い：結合定数がむちゃくちゃ大きい自己結合する（非可換群の性質，弱ゲージボゾンも同じ）, s, b３つの力の結合定数強い相互作用：摂動計算（逐次近似）が収束しにくい特に ~0.5 GeV以下では収束しない非摂動論的な取り扱いが必要（後述）強い相互作用によるクォークの閉じこめ強い相互作用の結合定数は，相互作用のエネルギーが高いほど小さい（低いほど大きい）力は距離が離れるほど強くなるポテンシャルエネルギーにより新たに粒子?反粒子が対生成中間子を形成し，多粒子のジェットとなる破砕化（fragmentation）とよばれるポテンシャルエネルギーが高くなっている中間子中間子クォーク?グルーオンの破砕化パートン間の不変質量が1 GeV 程度になると， αS ~ 1 となり摂動計算が意味をなさなくなる→ 非摂動な束縛状態（中間子）を形成O(1GeV)パートンが一つ放射ee → qqgハードな散乱の「３体崩壊」拡大すると…O(√s)次々にパートンが放出される（αS でかい）ハドロンコライダー：e+e?衝突との違いe+e?衝突：ビームが完全に対消滅できる新粒子の対生成が（エネルギー効率よく）できるビーム進行方向の運動量保存が使えるハドロンコライダー：ビームの一部が散乱ビームと垂直な面での運動量保存だけが使えるハドロンコライダーの主なプロセスQCD過程が主な断面積を占めるクォーク，グルーオンは直接観測されない破砕化して，ハドロンの束（ジェット）を生成ハドロンコライダーの散乱過程の記述s12→34信号も，巨大なバックグランドも，始状態のパートン密度 f (x, Q2) がないと計算できないつまり，核子（陽子，中性子）の内部構造を知る必要がある →今日の残りの話題陽子の基本構造バリオン：３つのクォーク強い相互作用で閉じこめられているカラー相互作用＝グルーオンRGB（赤緑青）でカラー中性強い相互作用＠低エネルギー結合定数が大きいもっと細かく見ると，右図のようにうじゃうじゃしている？陽子の構造，どうやって調べるか光学顕微鏡電子顕微鏡X線発生器放射光ミドリムシ 鳥インフルエンザウィルス?, ? 線 （同位体元素の崩壊）電子ビーム重イオンビーム放射光の回折パターン電子?陽子衝突散乱 HERARutherford 散乱の再現(Rutherford 研究所)核子のスピンを固定標的電子散乱で探るHERMES実験深非弾性散乱 (DIS)Deep-inelastic scattering電子散乱でどうやって測るかクォークの縦方向の運動量は，散乱した電子の散乱角とエネルギーからわかる散乱角が大きいほど，