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次世代技術の芽と新しい物理をつくる

早稲田大学 理工学術院 先進理工学部 物理学科・応用物理学科

教員の紹介

加速器実験で探る素粒子物理学の最前線

素粒子実験

[English]

寄田 浩平 [教授]
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homepage http://www2.kylab.sci.waseda.ac.jp/
専門分野 素粒子実験物理学
研究テーマ・研究活動
LHC/ATLAS実験におけるヒッグス粒子解析、新粒子・新現象探索
宇宙暗黒物質探索
次世代実験へ向けての検出器開発
●日本物理学会
●アメリカ物理学会

我々のグループの究極目標は『物質の根源、究極粒子とは何か?』と『そこに働く物理法則は?』という極めて素朴で本質的な疑問を実験的に解明し、科学の言葉で理解することです。クォーク、レプトンとゲージ粒子で素粒子の世界を記述するモデルを一般に素粒子の「標準理論」と呼びます。この標準理論は非常に整合性のある有効な理論体系であり、実際これまでの様々な実験データを見事に説明してきました。しかし一方で、まだまだわからないことだらけの分野、不完全な有効理論であるということも事実です。たとえば、暗黒物質、階層性の問題や力の統一などの究極的な疑問に、まだ完全に答えることができていません。こういった究極の問題を解くために世界中の実験物理学者は長きにわたり、より高エネルギー状態を生成しうる加速器の建設に挑戦してきました。なぜなら、素粒子の現象はこういった高エネルギーで現れるからです。E=Mc2 からもわかるとおり、「より高いエネルギー」は「より重い粒子を生成」することができます。また一方、「より高いエネルギー」は「より初期の宇宙の状態を人工的につくっている」ともいえるのです。

 

研究内容ダミー1具体的には、現代のエネルギーフロンティア実験であるLHC実験(スイス:円周27km、13~14TeVの加速器、図参照)に参加し、素粒子の生成や質量などの精密測定による理論の検証や全く新しい粒子、新しい現象の発見に力を注いでいます。特に、2012年にLHC実験で発見した「ヒッグス粒子」の詳細研究が重要な課題の一つです。ヒッグス粒子の研究は、素粒子の質量起源、電弱対称性の破れ、真空の構造の解明につながるだけでなく、全く新しい現象のプローブとなる可能性が高いからです。また、標準理論を超えた新現象、「超対称性粒子の発見」や「余剰次元現象」、「暗黒物質生成過程」等のの新現象直接探索も行っています。このような最前線の研究において、我々のグループも世界中の研究者と協力、時には競い合いながら、その役割を責任をもって推進しています。一方、大規模実験ではなく、自分たちで高感度検出器を開発・構築し、地下施設に持ち込み、地球を通過する暗黒物質を捉える実験も並行して進めています。これらは二つは、大小様々、異なるアプローチですが、目的は共通です。さらに先へ、次世代の新しい実験構想や検出器の開発にも積極的に携わり、素粒子物理学と宇宙物理学における新しい扉を実験に開くことを目標におき日々研究に励んでいます。

 

 

Kohei Yorita [Professor]
e-mail
homepage http://www2.kylab.sci.waseda.ac.jp/
research field Experimental Particle Physics
research keywords
LHC/ATLAS/CERN, Higgs Boson,
Supersymmetry, Dark Matter Search,
Detector R&D
link

Research Profiles (at Faculty of Science and Engineering)

Research Profiles (Elsevier SciVal Experts)

The start of a new resolution in particle physics

What is the Universe made of And by what laws?
– Joining the world’s highest energy accelerator-based experiments, LHC, gives Waseda University a core role in the new revolution in particle physics to emerge in the near future.

The Standard Model (SM) of elementary particle physics (a gauge theory of electroweak and strong interactions) has so far fared well against experimental data, possibly creating the impression that it can resolve all problems. In fact, it is merely an effective theory at certain energy scales. We are still unable to clearly answer the simple questions: What is the Universe made of ?, What is ultimate unification of the forces ?, What is the Dark Matter, said to account for 25% of the universe’s mass ? e.t.c.

研究内容ダミー1To answer these questions, we first need to investigate newly discovered particle, called the Higgs boson in more details and of course look for physics beyond the SM. As an experimental approach, the world’s highest energy accelerator experiment is carried out at CERN’s LHC (proton-proton collider operating at center-of-mass energies of 13-14TeV) in Europe. The detailed studies for the Higgs boson is possible only there. Waseda University has joined the ATLAS/LHC experiment, in which the Higgs boson was discovered in 2012, and has continuously provided high-level results in a variety of physics. The LHC is the focus of larger expectations. Namely finding the new phenomena beyond the SM is the primary goal of the LHC. For example, the supersymmetry particle (SUSY) may be found and/or new phenomena related to extra dimensions may emerge. Also one of SUSY particles could be a candidate for dark matter. The Japanese group has made significant contributions to the LHC/ATLAS project. And my laboratory, currently only the experimental high energy group from Waseda University has also been heavily involved in and working on the ATLAS as a member of this large-scale international experimental project to look for new physics beyond the SM.

On the other hand, we have developed new high-sensitive detector to search for the dark matter in the Universe, passing through the earth. This is so called “underground-experiment”, not the accelerator based experiment like LHC. The approaches/technologies are completely different, but goal is the same, hunting for the Dark Matter, searching for any physics beyond the SM and even unexpected physical laws that govern the universe.

Furthermore we continue to move ahead, marshalling a critical intellectual curiosity, to search for the truth. New discoveries create new mysteries. This profound world is as limitless as the curiosity and ceaseless efforts of we human beings.

 

量子力学の世界を触って調べる

低温量子物性

[English]

松田 梓 [教授] dummy_photo
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homepage http://www.ltlab.phys.waseda.ac.jp/
専門分野 物性物理学
研究テーマ・研究活動
○高温超伝導体の不均一状態の研究
○強相関物質の低温電子状態の研究
○ナノスケール量子状態の研究
●日本物理学会
●応用物理学会
●アメリカ物理学会

固体は原子や分子が規則正しく並んだ状態だというのは、概念としては広く受け入れられている事実だと思います。それを実際に観測しようとすると、大がかりな電子顕微鏡を使わなければなりませんでした。しかし、最近、物質の凹凸を”触って”調べる走査プローブ技術が急速に発達し、物質表面の凹凸が原子の大きさのレベルで簡単に”見”えるようになりました。こうして、固体の構造については、目で見たような情報が得られるようになったのですが、固体が示す色々な性質(物性)は、構造だけでは決まりません。これらの多くは固体内に広がる電子の振る舞いが決定するためです。幸いな事に、走査トンネル顕微鏡(STM)は、この電子の振る舞いの様子を目で見たように”見”る事ができます。

 

研究内容ダミー1
我々は、多彩な固体電子の様子が最もはっきり現れる極低温下で使えるSTMの開発を長く続けてきました。そしてそれを武器に、高温超伝導体の超伝導の性質を調べています。図は、表面に見える格子の様子と、同じ所で測った超伝導の強さを表す量を並べて示しました。格子構造は平坦なのに、驚くべき事に電子は不均一な局所構造を取る事がわかります。
STMで見る原子は、10-7 cmという小さな領域に収まっていますが、そこで電子が引き起こす現象は多彩で、その意味では無限の広がりを持っているのです。我々は、それらを目の当たりに”見”ようと努力をしています。

 

 

Azusa Matsuda [Professor] dummy_photo
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homepage http://www.ltlab.phys.waseda.ac.jp/
research field  
research keywords
 
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Research Profiles (at Faculty of Science and Engineering)

Research Profiles (Elsevier SciVal Experts)

English

in preparation

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