東京大学素粒子物理国際研究センター

International Center for Elementary Particle Physics, The University of Tokyo

第1部会
共同利用・共同研究拠点

研究所・センターの概要

センター長
石野　雅也
Ishino, Masaya

キーワード: 素粒子物理、CERN LHC-ATLAS実験、PSI MEG実験、国際リニアコライダーILC、陽子・陽子衝突、ヒッグス粒子、超対称性理論、統一理論、量子AIテクノロジー
住所: 〒113-0033
東京都文京区本郷7-3-1

素粒子物理国際研究センターは、初代施設長・小柴昌俊博士（2002年ノーベル物理学賞）が1974年に設立した研究組織で、以来50年にわたって日本の素粒子物理学研究の中心拠点を形成し、世界最先端の加速器施設における国際共同実験を主導してきました。具体的には、欧州合同原子核研究機構（CERN）における世界最高エネルギーの陽子・陽子衝突型加速器LHCを用いた国際共同実験ATLASを遂行し、2012年のヒッグス粒子発見に大きく貢献しました。現在は素粒子の標準理論を超えた新たな事象の発見を目指すとともに、将来の高輝度LHCプロジェクトに資する検出器のアップグレード開発を進めています。一方、スイス・ポールシェラー研究所（PSI）では世界最高強度のミュー粒子ビームと新しい素粒子測定技術を用いて、大統一理論とニュートリノ質量の謎に挑むMEG II 実験を実施しています。更に、先端戦略分野の量子AIテクノロジー研究部門では、ソフトとハードの両面で研究を推進するとともに、量子ネイティブ人材の育成も積極的に行っています。

令和6年度の研究活動内容及び成果

創立50周年行事を開催しました

2024年11月30日、東京大学本郷キャンパスにてセンター創立50周年を祝う記念式典、シンポジウム、交流レセプションが開催され、歴代施設長ゆかりの関係者や研究者など約150名が参加しました。記念式典では、来賓者の祝辞や、小林富雄東京大学名誉教授による50年の研究の歩みとヒッグス粒子発見などの回顧スピーチが行われました。記念シンポジウムでは、海外からのゲスト研究者や卒業生による思い出深いトークや、若手研究者が未来ビジョンを語るパネルディスカッションが行われました。
宇宙の森羅万象の基礎となる法則を解明すべく、次の50年も素粒子物理学研究に邁進してまいります。

ATLAS実験

CERNで2022年７月に始まったLHC第３期運転（Run3）は、2026年７月まで続きます。Run3の３年目には過去最大となる約118fb⁻¹の陽子衝突データを取得し、Run3全体で約183fb⁻¹に達しました。これは前回のRun2（2015〜2018年）の総データ量を上回っており、ヒッグス対生成や電弱相互作用を介した超対称性粒子の探索など、未知の新粒子・新現象に迫る物理解析が進められています。
また、2030年稼働予定の高輝度LHC（HL-LHC）は、ルミノシティ（衝突頻度）が大幅に増強される計画で、より厳しい実験環境下で高精度なデータ取得が求められます。そのため、検出器の高性能化や革新的な計算機技術の導入といった、次世代の実験を支える研究開発も進行中です。
日本では、ATLAS実験の計算機資源として東京大学に配備された地域解析センターが、世界中に分散するWLCG（Worldwide LHC Computing Grid）の一翼を担うと共に、国内の研究者に向けて優先利用できる計算資源を提供しています。年間を通じて安定稼働を維持し、稼働率99.1%、運転効率99.9%という高い実績をあげています。

MEG II実験

MEG II実験は、レプトンフレーバーを破るミューオン稀崩壊μ→eγ を世界最高感度で探索する国際共同研究です。2021～2022年に取得したデータを用いて、MEG実験（2008～2021年）を大きく上回る世界最高の感度でμ→eγ の探索を行い、崩壊の発生頻度に厳しい制限（７兆回に１回の頻度）を与えることができました。
MEG II 実験は2026 年まで実施し、最終的にMEG 実験の約10 倍の探索感度（17 兆に１回の頻度)を実現する予定です。ミューイーガンマ崩壊の探索・測定を通して、素粒子の大統一とニュートリノ質量の起源について研究を進めていきます。

量子AI研究

素粒子物理への応用を目標に、量子コンピュータの量子人工知能・量子シミュレーションへの応用、制御用ミドルウェアの開発、超伝導量子ビット技術の高度化と暗黒物質探索への応用研究を進めました。東京大学が2023年５月に締結したシカゴ大学、IBM及びGoogleとのパートナーシップと、2024年１月に締結したシカゴ大学、ソウル大学校とのパートナーシップをもとに、世界をリードする共同研究体制の構築を進めています。また、JST先端国際共同研究推進事業/TOPチームのためのASPIRE(量子分野)による、若手研究者・大学院生の相互的な派遣・受入を強化し、国際頭脳循環を加速しています。

ポジトロニウムのレーザー冷却論文がTop 10 Breakthroughsに選ばれました

ポジトロニウムは、その単純な構造から未知の物理現象を探る鍵として注目されていますが、絶対零度近くまで冷やすのが困難でした。今回、寿命が非常に短いポジトロニウムを、急速に波長が変化するパルスレーザーで１ケルビンまで冷却することに世界で初めて成功しました。これにより、反物質の精密測定や基礎理論の検証など、物理学の新たな展開が期待されます。この成果はPhysics World誌の2024年Top 10 Breakthroughsに選ばれました。

LHC加速器の陽子・陽子衝突点にあるATLAS検出器

ATLAS実験のWorldwide LHC Computingモニター

検出器性能が大幅に改善されたMEG II実験装置

冷却ポジトロニウム実験の概念図

社会との連携

中高生向けサマーオープンデーを初めて開催しました

毎年８月に合同開催する理学部オープンキャンパス（オンライン）以外に、センター単独の中高生向け一般公開「サマーオープンデー」を夏休み期間中に３回実施しました。オープンデーは素粒子物理学やセンターの研究に対する興味の種をまき、教員や学生との直接的な対話を通して身近に感じてもらうことを目的としており、模擬講義や施設見学、ミニ実験の体験をしてもらう充実したイベントとなりました。
また、科学技術人材の育成を目指すSSH校の課外活動も多数受け入れ、2024年度は総勢200人を超える中高生がセンター見学に訪れました。