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）の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育成も積極的に行っています。

令和5年度の研究活動内容及び成果

CERNでは、ビーム性能を大幅に向上したLHC加速器の第3期運転（Run3）が2022年7月から始まり、2025年まで運転が継続されます。Run3の2年目は約30fb^-1の陽子衝突データを取得し、前年度と合わせて約70fb^-1に到達しました。これはRun2（2015~18年）で取得した総データ量の半分に相当し、Run2の全データ解析と並行してRun3のデータ解析を進めています。ヒッグスポテンシャルの形を決めるために重要となるヒッグス対生成の探索感度の向上や、電弱相互作用を通じて生成される超対称性粒子の探索範囲を大幅に拡張しています。
一方、2029年開始の高輝度LHC（HL-LHC）はLHCのルミノシティが大幅に増強され、粒子衝突頻度が高く実験条件の厳しい環境下でも良質なデータを取得して優れた物理成果を導くためには、検出器の高度化と革新的な計算機技術の導入が必須になります。これらの問題解決に向けた大胆かつ野心的な開発・準備研究にも取組んでいます。
本センター設置の地域解析センターシステムは、ATLAS実験で発生する膨大なデータを解析するための日本における拠点で、Worldwide LHC Computing Grid (WLCG) と呼ばれる世界規模の分散計算環境であるグリッドインフラの一翼を担うとともに、日本の共同研究者が独占的に使用できる計算機資源を提供しています。地域解析センターは年間を通じて順調に稼働し続け、運転効率は100％に到達しています。

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MEG II実験は、2022年7月から本格的な物理データ取得を開始し、データ取得を順調に進めています。昨年10月には、2021年に試験的に取得した物理データの解析結果を日本・スイス・イタリア合同でプレス発表を行い、測定器の性能がMEG実験のものと比べて格段に高くなったことを証明しました。今後、データ解析を続けて先行実験の感度を超えるとともに、データ取得をさらに数年間継続することで最終的な目標感度に到達し、μ→eγ 現象の発見を目指していきます。

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

社会との連携

理学部と合同の高校生のためのオープンキャンパスを2023年8月にオンライン開催しました。模擬授業に続くCERNバーチャルツアーでは、知識豊富な現地教員と大学院学生のガイドが地下実験室にカメラを持ち込み、巨大で精密なATLAS検出器の主要部の映像を共有しながら解説しました。また、宇宙誕生の謎に迫る素粒子研究を、中高生・大学生・留学生が楽しみながら深く学ぶことができるサイエンスレクチャーを多数行いました。