ヒッグス粒子発見後の素粒子物理学の新展開～LHCによる真空と時空構造の解明～

• 研究領域: ヒッグス粒子発見後の素粒子物理学の新展開～LHCによる真空と時空構造の解明～
• 研究課題/領域番号: 16H06488
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 浅井 祥仁 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (60282505)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 21,840千円 (直接経費: 16,800千円、間接経費: 5,040千円); 2020年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2019年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2018年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2017年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2016年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: 超対称性粒子 / ヒッグス粒子 / 暗黒物質 / LHC

研究成果の概要

LHC実験第1期に発見されたヒッグス粒子を，第２期では13TeVまで倍増された衝突エネルギーと約６倍の統計量を用いて精密に調べた。力を伝えるゲージ粒子だけでなく，物質粒子の質量もヒッグス粒子が担っていることが分かった。素粒子の世代の違いをヒッグス粒子が作り出していることも分かり，素粒子の未解決問題への大きな鍵が得られた。我々の宇宙の真空が準安定であり，標準模型を超えた新物理の存在を示唆している。系統的な新粒子探索の結果，幅広い質量領域を棄却し，新物理が存在する可能性のある領域を著しく狭めた。LHC及び他の実験で得られた結果を基に将来のLHCで観測が期待される物理現象を理論的に策定した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究によりヒッグス粒子の性質に関し多くの事実が判明した。素粒子が質量を獲得する機構は標準模型の柱の一つであり，誕生直後の宇宙の相転移やその後の長い年月をかけた宇宙進化の根幹に関わる重大な要素である。本課題の実験結果からヒッグス粒子と関わる粒子の種類，世代の謎を解く鍵が明らかとなり，人類の自然科学に対する認識レベルを大きく前進させることができた。一方，超対称性などの探索からは新粒子は未発見であり，標準模型を超える物理がより重い領域に存在するであろうことが示唆される。ここで得られた実験結果，理論研究から，暗黒物質の候補となる新物理を絞り込めたことで次世代の研究にとり大きなインプットとなる。

研究成果

• [国際共同研究] INFN Roma-I/INFN Pisa/University of Florence(イタリア)
• [国際共同研究] CERN(スイス)
• [国際共同研究] SLAC/Boston University/University of Michigan(米国)
• [国際共同研究] Max-Plank Institute(ドイツ)
• [国際共同研究] Durham University/University of Cambridge(英国)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] INFN Roma-I/INFN Pisa/University of Florence(イタリア)
• [国際共同研究] CERN(スイス)
• [国際共同研究] SLAC/Boston University/University of Michigan(米国)
• [国際共同研究] Max-Plank Institute(ドイツ)
• [国際共同研究] Durham University/University of Cambridge(英国)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] INFN Roma-I/INFN Pisa/University of Florence(イタリア)
• [国際共同研究] CERN(スイス)
• [国際共同研究] SLAC/Boston University/University of Michigan(米国)
• [国際共同研究] Mac-Planck Institute(ドイツ)
• [国際共同研究] Durham University/University of Cambridge(英国)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] INFN Roma-I/INFN Pisa/University of Florence(イタリア)
• [国際共同研究] CERN(スイス)
• [国際共同研究] SLAC/Boston University/University of Michigan(米国)
• [国際共同研究] Mac-Planck Institute(ドイツ)
• [国際共同研究] Durham University/University of Cambridge(英国)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] INFN Roma-I/INFN Pisa/University of Florence(イタリア)
• [国際共同研究] CERN(スイス)
• [国際共同研究] SLAC/Boston University/University of Michigan(米国)
• [国際共同研究] Mac-Planck Institute(ドイツ)
• [国際共同研究] Durham University/University of Cambridge(英国)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Measurement of the associated production of a Higgs boson decaying into b-quarks with a vector boson at high transverse momentum in pp collisions at √s=13 TeV with the ATLAS detector (2021)
  • 著者名/発表者名: The ATLAS Collaboration (S.Asai et al)
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 816 ページ: 136204-136204
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2021.136204
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A search for the dimuon decay of the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector (2021)
  • 著者名/発表者名: ATLAS Collaboration
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 812 ページ: 135980-135980
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2020.135980
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Search for long-lived, massive particles in events with displaced vertices and missing transverse momentum in sqrt(s) = 13 TeV pp collisions with the ATLAS detector (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Aaboud, K. Hanagaki, J. Tojo, F. Ukegawa, et al. [ATLAS Collaboration]
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 97 号: 5 ページ: 52012-52012
  • DOI: 10.1103/physrevd.97.052012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evidence for the associated production of the Higgs boson and a top quark pair with the ATLAS detector (2018)
  • 著者名/発表者名: ATLAS Collaboration
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 97 号: 7 ページ: 072003-072003
  • DOI: 10.1103/physrevd.97.072003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Search for W W/W Z resonance production in lvqq final states in pp collisions at √s = 13 TeV with the ATLAS detector (2018)
  • 著者名/発表者名: The ATLAS collaboration (M. Aaboud, M. Ishino, H. Nanjo, T. Sumida, K. Yorita et al.)
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 3 号: 3 ページ: 42-42
  • DOI: 10.1007/jhep03(2018)042
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Model independent evaluation of the Wilson coefficient of the Weinberg operator in QCD (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Abe, J. Hisano and R. Nagai
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 3 ページ: 175-175
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Search for squarks and gluinos in events with an isolated lepton, jets, and missing transverse momentum at √ s = 13 TeV with the ATLAS detector (2017)
  • 著者名/発表者名: T.Saito et al., ATLAS Collaboration
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 96 号: 11 ページ: 112010-112010
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.112010
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evidence for the H→bb decay with the ATLAS detector (2017)
  • 著者名/発表者名: Aaboud M. et. al. (The ATLAS collaboration)
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 2017 号: 12 ページ: 024-092
  • DOI: 10.1007/jhep12(2017)024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Search for new phenomena with large jet multiplicities and missing transverse momentum using large-radius jets and flavour-tagging at ATLAS in 13 TeV pp collisions (2017)
  • 著者名/発表者名: T.Saito et al., ATLAS Collaboration
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 12 号: 12 ページ: 1-50
  • DOI: 10.1007/jhep12(2017)034
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Subnanosecond time-to-digital converter implemented in a Kintex-7 FPGA (2017)
  • 著者名/発表者名: Sano Y.、Horii Y.、Ikeno M.、Sasaki O.、Tomoto M.、Uchida T.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 874 ページ: 50-56
  • DOI: 10.1016/j.nima.2017.08.038
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 「素粒子物理実験」とAIの接点 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中 純一
  • 学会等名: JSAI2019
  • 招待講演
• [学会発表] Search for additional neutral Higgs bosons in the MSSM (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Tanaka
  • 学会等名: ICHEP2018
  • 国際学会
• [学会発表] Status and highlights from the ATLAS experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Nagano
  • 学会等名: LHCP2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Single Event Upsets in the ATLAS IBL Frontend ASICs (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Takubo
  • 学会等名: Pixel2018
  • 国際学会
• [学会発表] Study of efficiency and noise of fine pitch planar pixel detector for ATLAS ITk upgrade (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Nakamura
  • 学会等名: Pixel2018
  • 国際学会
• [学会発表] Searches for new physics in final states with top quarks with ATLAS (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Aoki
  • 学会等名: LHCP2018
  • 国際学会
• [学会発表] Coupling and mass with 13 TeV data and expectations (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Oda
  • 学会等名: 52nd Recontres de Moriond in Electroweak Interactions and Unified Thories
  • 国際学会
• [学会発表] Measurements of ttbar+X using the ATLAS detector (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kawade
  • 学会等名: EPS-HEP 2017
  • 国際学会
• [学会発表] ATLAS Detector Performance in Run2 and Upgrade Plans (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaya Ishino (for ATLAS collaboration)
  • 学会等名: High-Energy Physics International Conference in Quantum Chromodynamics
  • 国際学会
• [学会発表] Mono-jet searches (2017)
  • 著者名/発表者名: Osamu Jinnouchi (for ATLAS and CMS collaborations)
  • 学会等名: DM @ LHC 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Baryon-number violating nucleon decay - Review from theoretical (2017)
  • 著者名/発表者名: Junji Hisano
  • 学会等名: NNN17
  • 国際学会
• [学会発表] Searches for Beyond SM Higgs bosons (2017)
  • 著者名/発表者名: Soshi Tsuno
  • 学会等名: The 28th International Symposium on Lepton Photon Interactions at High Energies
  • 国際学会
• [学会・シンポジウム開催] Dark Matter searches in the 2020s (2020)
• [学会・シンポジウム開催] KEK-PH2020 (2020)
• [学会・シンポジウム開催] HPNP2019 (2019)
• [学会・シンポジウム開催] DIS2018 (2018)
• [学会・シンポジウム開催] ATLAS Overview Week (2018)
• [学会・シンポジウム開催] HC2018 (2018)
• [学会・シンポジウム開催] 新テラスケール研究会 (2018)
• [学会・シンポジウム開催] AJ物理ワークショップ (2018)
• [学会・シンポジウム開催] 新テラスケール研究会 (2017)
• [学会・シンポジウム開催] Anomaries in b to sll and its implications (2017)
• [学会・シンポジウム開催] 新テラスケール研究会 (2017)