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粒子 の物質中でのふるまい

山崎祐司（神戸大）. 粒子 の物質中でのふるまい. ８回の講義の予定. 第１講：現代の素粒子物理概観 (1) 第２講：現代の素粒子物理概観 (2) ， LHC 実験 第３講：陽子衝突実験の原理，加速器 第４講：粒子の物質中でのふるまい 第５講：位置検出器とカロリメータ 第６講（セミナー）： いよいよ始まった LHC 実験 第１講の内容と重複 ＋ 実験の現状報告 第７講：トリガーとデータ取得 第８講： Higgs 粒子の探索法 これまで学んだことの応用. Higgs 粒子 崩壊の例. H  Z⁰ Z⁰  e⁺e ⁻  ⁺  ⁻

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粒子 の物質中でのふるまい

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Presentation Transcript

  1. 山崎祐司（神戸大） 粒子の物質中でのふるまい

  2. ８回の講義の予定 • 第１講：現代の素粒子物理概観(1) • 第２講：現代の素粒子物理概観(2) ，LHC 実験 • 第３講：陽子衝突実験の原理，加速器 • 第４講：粒子の物質中でのふるまい • 第５講：位置検出器とカロリメータ • 第６講（セミナー）： いよいよ始まった LHC 実験 • 第１講の内容と重複 ＋ 実験の現状報告 • 第７講：トリガーとデータ取得 • 第８講：Higgs 粒子の探索法 • これまで学んだことの応用

  3. Higgs 粒子崩壊の例 H  Z⁰ Z⁰  e⁺e⁻⁺⁻ ミューオン：赤線 電子：青 反跳ジェット：青，橙 ミューオンの運動量が高く，ほとんどまっすぐ飛ぶ → 強い磁場中を長い距離とばす必要あり大きな検出器になる

  4. 標準模型の粒子と相互作用

  5. 散乱粒子の最終産物 • クォークは単体では存在しない • 中間子 Meson （クォーク・半クォーク対）あるいは核子 Nucleon（陽子，中性子…）= 準安定ハドロンに崩壊 • タウレプトンは短寿命 • 中間子あるいは荷電レプトン (e, µ) とニュートリノに崩壊 • 重いクォークも崩壊 • ニュートリノは検出できない • （準）安定な粒子 τ > 10−8 [s] • 電子，光子 • 荷電ハドロン，中性ハドロン • ミューオン(µ)

  6. 長寿命粒子のプロフィール

  7. 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

  8. 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）

  9. 粒子測定と検出器 粒子の崩壊パターン，崩壊元の質量の再構成から新粒子生成をとらえる ミューオン：物質を貫通させた後，磁場で曲げる ハドロン粒子（核子，中間子：クォークでできている） 厚い物質で止める 電磁相互作用をする粒子（電子，光子） 止めてシャワーを起こし，物質中に落としたエネルギーを測る ニュートリノ，暗黒物質：見えない！（中性，弱い相互作用のみ） 運動量保存から推測 荷電粒子： 磁場で曲げて運動量を測る

  10. 荷電粒子の物質中でのふるまい • イオン化などによるエネルギー損失 dE/dx • 平均値：Bethe-Bloch の式 • ばらつき：Landau 分布 • エネルギー損失測定による粒子識別 • 進行方向の変化: multiple scattering • 飛跡検出器の位置精度と運動量の関係 • multiple scattering が運動量測定精度に与える影響

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