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あゆみくまじ
4 years ago
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1 宇宙暗黒物質の謎と未知の素粒子今井憲一 ( 理学研究科 )

2 宇宙の暗黒物質ダークマター宇宙には見えない物質が見える物質 ( 星や原子分子 ) にたいして重さにして約 10 倍ある!!! なぜそんなことがいえるの? ダークマターは未知の素粒子かもしれないその正体をつきとめよう!

3 出所 htp:/en.wikipedia.org/wiki/james_clerk_maxwel 出所 htp:/en.wikipedia.org/wiki/heinrich_hertz

4 出所 htp:/en.wikipedia.org/wiki/albert_abraham_michelson

5 出所 htp:/en.wikipedia.org/wiki/hendrik_lorentz

6 エーテルと光速度の矛盾ローレンツ変換 1904 年局所時ローレンツ短縮ローレンツの考えしかしエーテルは絶対空間に静止して存在ニュートンの力学は正しい (200 年の歴史 )

7 出所 htps:/en.wikipedia.org/wiki/albert_einstein

8 相対性理論 (1905 年 ) 相対性原理すべての基本法則はどの慣性系でも成り立つマックスウェル方程式は基本法則光速不変の原理ニュートン方程式は変更やむなし驚くべき結果時間と空間が区別できない運動エネルギーと質量 ( エネルギー ) も区別できない E=mc 2

9 ダークマターの謎宇宙は暗黒物質 ( ダークマター ) でみたされているのか??

10 銀河の回転速度の謎 ( ルービン )

11 銀河の光度と回転速度 F=GMm/r 2 重力 =mv 2 /r 遠心力 v= (GM/r) 1/2 もし M(r)=kr なら V= 一定 NGC2403

13 ダークマターの重力 X 線 ( 左 ) と可視光 ( 右 ) で見た銀河 NGC720

14 重力レンズ (Einstein Ring)

15 重力レンズ銀河銀河光地球

16 宇宙背景放射のゆらぎの発見 COBE (1989) 2006 年ノーベル賞マザースムート

17 宇宙背景放射のゆらぎの精密測定 (WMAP) 宇宙の全エネルギー見える物質 4% ダークマター 24% ダークエネルギー 72%

18 ダークマターの候補未知の素粒子 ( 素粒子理論からの予言 ) ニュートラリーノ? <- 超対称性アクシオン? <-Strong CP 問題見えない星惑星中性子星ブラックホール

19 超対称性フェルミオンとボゾンの対称性統一理論の最有力理論宇宙のはじめには超対称の世界だった! いまある素粒子の倍の素粒子があった! 現在は最も安定な超対称粒子だけが残っている neutralino 中性の粒子重い!( 今までの加速器では作れなかった ) 相互作用が弱い ( 今まで見つからなかった )

20 素粒子の世界

22 暗黒物質天の川銀河は目に見えない暗黒物質に包まれています太陽系

23 暗黒物質の風太陽系は銀河の中を回転運動している地球の私達には暗黒物質の風が吹き付けています 220km 毎秒

24 小柴先生のノーベル賞の絵にも太陽からのニュートリノの風の絵が

25 風の捉え方特殊なガスを詰めた装置を用意します暗黒物質の風で原子核が散乱されます暗黒物質の風 : 原子核の飛跡 1~5 ミリメートルの長さ

26 微細な飛跡捉えるために京大独自の装置 : ミューピック ( 谷森身内 ) 日本の微細加工技術を使った最新装置 0.4mm 間隔で髪の毛より細いセンサーが並ぶ装置に組み込む 30cm 角に約 60 万個のセンサー

27 京都大学の挑戦 ~ ニューエージ ~ 暗黒物質を探すには地下実験室宇宙から邪魔もの ( バックグラウンド ) が沢山地下に潜るとバックグラウンドは1/1000 以下に宇宙から降り注ぐバックグラウンド

28 暗黒物質はまだだけれどテストではきれいに風を検出下の天球図で赤く見えた暗黒物質の風でもこれを見たい! 捉えた飛跡 252 Cf (NE45 zenith35 ) 30cm Z(drift) 252 Cf n 0cm -15cm X 15cm -15cm Y 15cm ガス :CF4+C4H10 (10%) 0.2 気圧 Jan 27, rd MPGD workshop 天球図に描いた風向

29 - アクシオン - Strong CP 問題 ( 中性子の電気双極子モーメント <10-26 ecm) なぜ強い相互作用では厳密に CP 対称性がなりたつのか? -> アクシオンを導入すれば説明できる Peccei-Quinn 1977

30 CP 対称性の破れ C 対称性荷電共役粒子反粒子の対称性電子と陽電子 P 対称性パリティ変換左右の変換に対する対称性弱い相互作用では C,P それぞれ対称性が破れている Lee, Yang 1956 年コバルト核の β 崩壊で確認しかし CP 連続変換の対称性は破れていないと思われていた

31 T.D.Lee C.N.Yang

32 出所 htp:/

33 弱い相互作用と粒子の崩壊中性子のβ 崩壊 n -> p + e - + n e ( 原子核の崩壊 = 内部の中性子の崩壊 ) クォークレベルでは d -> u + e - + n e K 中間子 (s 反 dクォーク ) の崩壊クォークレベルでは s -> u + e - + n e この崩壊でCPが破れているのは何故? -> 小林益川理論

The Nobel Prize in Physics 2008 "for the discovery of the

physics" "for the discovery of the origin of the broken

families of quarks in nature" Photo: Universtity of Chicago

34 The Nobel Prize in Physics 2008 "for the discovery of the mechanism of spontaneous broken symmetry in subatomic physics" "for the discovery of the origin of the broken symmetry which predicts the existence of at least three families of quarks in nature" Photo: Universtity of Chicago Photo: KEK Photo: Kyoto University Yoichiro Nambu Makoto Kobayashi Toshihide Maskawa

37 簡単な解説弱い相互作用をするクォークは ( 強い相互作用もするので ) 実は混合している (d,u) (s,c) (b,t) <-> (d,u )(s,c )(b,t ) 現実のクォーク弱い世界のクォーク第二世代までしかないと混合は 2 行 2 列の混合行列で記述でき変数は実数で CP は保存第三世代 (6 つのクォーク ) があれば 3 行 3 列となり 3 つの実変数と 1 つの複素数が存在するので CP を破ることが可能となる

38 アクシオンの探索 a->gg に崩壊しうる加速器を使った探索では見つからなかった太陽からふってくるアクシオンの探索でも見つからないうんと軽いアクシオンしか可能性はない

39 つくば市高エネルギー研 (KEK)

40 宇宙論からの制限相互作用 ( 電磁場との ) が強すぎると超新星の冷却に影響が大きすぎる弱すぎると初期宇宙のアクシオンの量が多すぎてダークマターが多すぎることになる -> upper bound of f ~ GeV -> 10 9 < f <10 12 GeV ( 10-3 > m a > 10-6 ev) ( 5 > m a > 100 mev M.Turner PRD(86))

41 New CARRACK

42 ダークマター実験棟

43 Axion の検出原理 e g

44 装置概念図

45 Fabry-Perot Interferometer Rydberg 原子スペクトル

46 黒体輻射からの光子 M. Tada et al., Physics Letters A 349 (2006)

50 闇夜の烏極低温の暗闇に目を凝らして暗黒物質の煌めきを探す

51 まとめ宇宙暗黒物質は存在しないと困る銀河の重力背景放射のゆらぎ素粒子論からの候補重い超対称性粒子軽いアクシオン京都大学では両方を探索しているもし暗黒物質が存在しないとエーテルと相対論のように物理の革命的発展につながる

これまでの研究と将来構想

これまでの研究と将来構想 2008 年度ノーベル物理学賞受賞理論入門岡山光量子科学研究所石本志高 Ishimoto, Yukitaka 参考 URL http://nobelprize.org/ http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2008/ 清心女子高 Nov 2008 発見に対してノーベル賞公式サイトより抜粋Y Ishimoto ノーベル物理学賞