概要

研究の目的と意義

世界最先端の加速器実験で「消えた反物質の謎」の解明に迫る

物質を構成する基本粒子には電荷を逆転させた反粒子（例えば電子に対しては陽電子）が存在し、138億年前の宇宙誕生時には、ビッグバンの莫大なエネルギーから粒子と反粒子が同数作られたはずです。ところが、現在の宇宙は物質（粒子）で構成されており、反物質（反粒子）は見当たりません。どのようにして反物質は消えたか？　我々は、茨城県つくば市の高エネルギー加速器研究機構（KEK）でスーパーBファクトトリー（SuperKEKB/Belle II）実験を進め、この「消えた反物質の謎」の解明を目指す研究を進めています。

この研究の先駆けとして、私たちは、KEKのBファクトリー実験（1999年開始）において、B中間子と呼ばれる粒子と反B中間子の崩壊の違い（CP対称性の破れ）を発見しました（2001年）。そして、その違いが素粒子標準理論に組み込まれている小林-益川理論の予言どおりであることを検証し、これが両氏の2008年ノーベル物理学賞受賞につながっています。しかしながら、見つかった対称性の破れは小さすぎて消えた反物質の謎を説明できていません。この説明には標準理論を超えてさらに初期の宇宙を描ける新しい物理理論が必要と考えられます。

現在私たちは、実験装置の性能を大幅に増強したスーパーBファクトリー実験を進め、標準理論を超える新しい物理の探究を進めているます（2019年に本格的に始動）。この実験で用いるSuperKEKB加速器では、「ナノビーム衝突」と呼ばれる極小サイズの電子ビームと陽電子ビームを衝突させる画期的な衝突方式により、世界最高の衝突性能（ルミノシティ）を更新中です。そして、衝突点に設置されたBelle II実験では、今後約10年間に先行実験の50倍に達する大量のB中間子やタウレプトンの崩壊データを収集し、標準理論からのズレや標準理論では起こらない現象の観測による新物理の証拠の発見を目指しています。

本研究では、この目標を達成するために、国内外の実験-加速器-理論研究者の協力により、同実験の衝突性能を究極的に高めるとともに詳細なデータ解析と理論的な考察を進めてゆきます。そして、新物理の証拠を発見するとともに、それがどのような新しい物理理論で説明できるかを探ってゆきます。こうした研究により、これまでよくわかっていなかった初期の宇宙の姿を明らかにし消えた反物質の謎の解明に迫りたいと考えています。