研究室紹介
浅井祥仁教授（理学系研究科）／ATLAS実験・Tabletop実験
CERNのLHCでは、2015-18年に第2期運転が行なわれました。ATLAS実験で、2018年に過去最高の積分ルミノシティを記録したのは想像以上の成果です。現在、2021年のHL-LHC計画に向けた準備が進み、物理学の教科書を書き換える大発見が期待されています。ATLAS日本グループでは、従来の物理解析責任者に加え、2015年に共同代表者に就任しました。日本陣営がヒッグス粒子発見に継ぐ貢献を果たせるよう、激しい国際競争の中で研究を主導していきます。第2期で取得した大量のデータを解析するにあたり、研究テーマの中心は「ヒッグス」です。他の研究室とともに物理解析を行ない、標準理論を超える新物理の発見を目指して、超対称性粒子や余剰次元の探索に力を入れています。
また、国内では光と真空をテーマに独創的かつ斬新なアイデアで素粒子実験に取り組んでいます。それが、Tabletop実験です。徹底した技術開発により、加速器では到達不能な高いエネルギー領域の物理を間接的に検証し、未解明の宇宙誕生の謎に迫ります。
森俊則教授／MEG実験・ILC計画
宇宙初期に実現していたと考えられる素粒子と力の大統一（超対称大統一理論）を検証するため、PSI（ポールシェラー研究所）を研究拠点に国際共同実験MEGを推進し、標準理論では起こりえないμ粒子の崩壊を探索しています。MEG実験は、大統一理論やニュートリノのシーソー理論など、超高エネルギーの物理から期待される崩壊分岐比に到達可能な唯一の実験として世界的な注目を集めています。国際共同研究グループ全体を統括する実験代表者／スポークスパーソンとして、MEG実験の物理研究を主導するのが私の役割です。現在、MEG実験を発展させたMEG II実験を準備しており、実験感度を10倍上げて新しい物理の兆候を得ることを目指しています。
また、ICFA（国際将来加速器委員会）日本代表とJAHEP（高エネルギー委員会）委員に就き、10年以上先を視野に入れ、エネルギーフロンティアの世界的な次期基幹計画の検討・策定にも取り組んでいます。ILC計画も各国際委員会で検討を進め、日本での実現に尽力しています。
石野雅也教授／ATLAS実験
ヒッグス粒子の発見により「素粒子の標準理論」が完成し、その向こう側に広がる大きな物理（より高次の対称性や真空の性質の理解）を明らかにするスタート地点に立ちました。CERNの世界最高エネルギー加速器LHCを用いたアプローチは、次の新発見への王道と言えます。2年後の加速器エネルギーの増強により、新粒子・新現象発見の可能性は大きく高まり、ATLASコラボレーション研究者全員が総力戦でRun3実験を目指しています。そのためには、加速器の性能向上に見合った検出器システムの構築が必須です。特に、新粒子が生成された場合にその事象を逃さずに記録できるトリガーシステムは、まさに成功の鍵を握ります。最新のエレクトロニクス技術を導入し、実験開始以来使用してきたシステムを完全に置き換える準備を進めています。
これらの新物理の探求と、研究成果を導き出す画期的な研究開発を通じて、大学院生が次代を担う研究者として飛躍できる人材育成にも力を入れています。
田中純一教授／ATLAS実験
ATLAS実験に参加し、新物理を探索しています。研究テーマは大きく3つです。ひとつはデータ解析です。ヒッグス粒子発見に貢献できた経験を踏まえ、2つ目のヒッグス粒子や超対称性粒子の探索等、研究をさらに前に進めています。そして、検出器のアップグレードに向けた研究開発も大きなテーマです。液体アルゴン電磁カロリメータのトリガー読み出しの更新・コミッショニング、高速エネルギー計算のためのFPGAファームウェア開発にも取り組んでいます。
また、コンピュータ科学も、これからの物理解析で重要なテーマです。2026年からの高輝度LHCや将来的な大規模実験では、解析するデータが想像を遥かに超える膨大な量に増えます。そうした事態に備え、人工知能や量子コンピューティング、クラウドコンピューティングなど、最先端のIT技術を活用した研究開発を進めています。柔軟な発想から生まれる新しいアイデアとさまざまなスタディが、次の科学的・社会的イノベーションに繋がる研究分野です。
山下了特任教授／ILC計画
CERNのLHCで新しい物理・新現象発見の機運が高まるなか、次世代のエネルギーフロンティアを担う加速器実験の計画が進められています。ILCはその最有力候補です。私もプロジェクトを率いる中心的役割を担い、欧・米・アジアの国際協力のもと進めています。現在、研究開発や国際的な組織間での合意形成を進めており、ILC計画の根幹部分の子細を決める重要なフェーズにきています。日本の北上山地が有力候補として挙がっており、日本誘致に力を入れています。
私たちの研究室は、主にILDと呼ばれる測定器の開発に参加し、ターゲットとなる物理現象のシミュレーションや測定性能評価においてリーダーシップを発揮しています。
また、国内の大強度陽子加速器施設であるJ-PARCにて、世界最高強度での超低エネルギー中性子を用いた素粒子実験を行なっています。学外で出張授業を開催し、素粒子物理学に対する社会の関心と理解を高めるアウトリーチ活動にも数多く取り組んでいます。
大谷航准教授／MEG実験・ILC計画
私の研究室では、宇宙の成り立ちを支配する究極の基本法則を、粒子加速器を用いた素粒子物理の実験的手法により解明することを目指しています。活発な研究活動を行ないつつ、測定器開発から物理データ解析まで幅広くこなせる実験物理研究者の育成にも力を入れています。
研究分野は大きく次の2つです。ひとつが、超対称大統一理論をはじめ、新物理の決定的証拠となるμ→eγ崩壊事象を世界最高感度で探索するMEG実験、もうひとつが、世界の素粒子物理学の次世代基幹プロジェクトとされる国際リニアコライダー（ILC）計画です。
MEG実験では物理解析責任者として実験を牽引し、先行実験を30倍上回る感度で探索しました。現在は、究極感度でのアップグレード実験MEG IIに向けて測定器の開発・建設を主導しています。ついに始まるMEG II実験に新物理発見の期待が世界中から寄せられています。
ILC計画では、新しいコンセプトに基づいた測定器ILD用の高精細カロリメータの開発を中心に、実験の実現に向けて精力的に進めています。
奥村恭幸准教授／ATLAS実験
新物理の兆候を実験データから見つけるべく、ATLAS実験に参加し、国際協力・国際競争の中で研究を展開しています。実験データの精査を通じ、「現在の標準理論とは矛盾するが、多くの新物理模型により予言される新現象」、例えば「未知の共鳴状態」「カラー荷を持つ新粒子の対生成」などの仮説を多角的に試験し、大量の実験データに潜むわずかな新物理の兆候を探ります。
データ解析に加え、ATLAS実験装置システムの運用・改良研究、次世代高速トリガー回路の開発など、多岐にわたる研究も進めています。ハード・ソフトの両面から、LHCでの新物理発見の可能性を最大限に高めることが私の目標です。
研究は日進月歩。日々生じる問題と向き合い、みなで知恵を絞ってアイデアを出し、限られた時間内に解決する。小さくとも確実な一歩を、スピード感を持って進めていく。そのような研究をCERNの実験現場で目一杯楽しみましょう。
澤田龍准教授／ATLAS実験
CERNのATLAS実験に参加し、標準理論を超える新物理の発見を目指しています。また、ATLAS地域解析センターの運用に加え、高輝度LHCへ向けた計算機の能力向上の研究を行なっています。
研究室で力を入れているのが、機械学習や量子コンピュータなどの最新技術を素粒子物理学に応用することです。今後のATLAS実験は、今まで以上に大量のデータを貯める時期に入ります。新物理発見のアプローチには、このビッグデータを効率的かつ精度よく解析することが重要です。機械学習をデータ解析のさまざまなプロセスを利用すれば、新粒子の探索能力を大きく向上させることができ、量子アルゴリズムを応用することで飛躍的な進歩を生み出せる可能性もあります。
こうした革新的な研究を進めるには、創意工夫と最新のデータ解析手法の融合が欠かせません。最先端のコンピューティング技術を習得・応用し、新物理を発見する意欲のある方・IT関連のエキスパートを目指す方の挑戦を応援します。
研究者紹介
ATLAS実験
真下哲郎准教授
世界最高エネルギーの素粒子実験をコンピューティング技術で支える。世界150以上の研究機関のシステムを、あたかも単一のシステムのように扱えるグリッド技術を導入し、改良にも取り組む。
江成祐二助教／CERN
ヒッグスと第三世代のボトム、トップクォークとの結合定数の精密測定などを行なう。また、液体アルゴン電磁カロリメータの改良や、将来を見据えた新たな検出器の開発にも取り組む。
齋藤智之助教／CERN
超対称性粒子の発見により、素粒子物理学の新たな展開や宇宙創成の謎の解明を目指す。ATLAS実験では、より高いエネルギー領域を探索するため検出器のアップグレードに取り組む。
兼田充特任助教
ミニブラックホールや超対称性粒子など新物理発見を目指す。膨大な実験データの処理のため世界規模のグリッド計算機システムを開発・運用し、新たな解析手法を開発する。
寺師弘ニ助教／CERN
余剰次元や複合ヒッグス模型など、新物理を探索するグループの解析計画を主導する。新粒子を確実に発見するため、検出器内の信号を網羅的に捕捉するプログラムを考案する。
増渕達也助教／CERN
ヒッグスがWボソン対に崩壊するモードを解析してヒッグス粒子発見に貢献。現在、新物理の扉となるヒッグスの精密測定を進める。ミューオンスペクトロメータの改良も行なう。
岸本巴特任助教
生成される大量のデータを扱うため、世界規模の計算処理とデータ保持･利用を目的としたシステム構築と運転を行なう。ビッグデータを活用した機械学習の研究も取り組む。
野辺拓也特任助教／CERN
余剰次元など標準理論の枠組みを超えた新物理の探索と、ボソン対終状態を用いたヒッグス機構の検証を行なう。データ取得のためのオンライントリガーシステムを運用する。
MEG実験
岩本敏幸助教／PSI
MEGII実験のランコーディネータ、テクニカルコーディネータとして実験を推進し、液体キセノンガンマ線検出器の運転・較正を担当する。観測感度をさらに高め、新物理の発見を目指す。
家城佳特任研究員／PSI
液体キセノンガンマ線検出器に導入する光センサーMPPCの開発・試験・インストールに取り組む。日本企業と共同で新たなセンサーを開発し、超高精度なガンマ線の測定を目指す。
内山雄祐特任助教／PSI
MEGII実験に備え、崩壊するμ粒子から放出される陽電子の振る舞いを最高精度で観測する新たな検出器を開発する。新型センサーを導入し、独創的な設計を提案した。
ILC計画
田邉友彦特任助教
測定器ILDの設計最適化と、データ解析アルゴリズムの研究開発に取り組む。ILCで期待されるヒッグス粒子の精密測定や、暗黒物質粒子の発見感度の評価を目指す。
田俊平特任助教
ILCの物理的意義を高めるため、電弱対称性の破れの謎を紐解くヒッグス自己結合等の研究を進める。また、ILD測定器の物理研究能力を高めるための最適化に取り組む。
Tabletop実験
難波俊雄助教
一対の電子と陽電子だけからなる最軽量の原子、ポジトロニウムを用い、標準理論とズレのある事象の観測を目指す。将来のブレークスルーとなる検出器の開発も行なう。
稲田聡明特任研究員
強磁場を発生するさまざまなマグネットを開発する。それらと高輝度放射光やレーザー光を用いて、真空の非線形物理の精密測定及び未発見素粒子の高感度探索を行なう。
その他の素粒子実験
神谷好郎助教／理学系研究科
低速中性子を用いた重力の検証実験、未知の粒子探索、高強度レーザー場の下での非摂動論的非線形QEDの研究、次世代レプトンコライダーのための測定器開発などに取り組む。
小貫良行助教／理学系研究科相原研究室
高エネルギー加速器研究機構のSuperBファクトリー実験で標準理論を超えた現象の検出を目指す。将来の高エネルギー実験で使用可能な半導体放射線検出器の開発も行なう。
井上慶純助教／理学系研究科
隠れた光子（hidden photon）を想定した暗黒物質の検出実験や小型ニュートリノ検出器の開発に加え、それらを活用した雷雲由来の放射線バースト現象の観測にも携わる。
大学院生受け入れの推移
（単位：人）
| 研究室数 | 博士課程 | 修士課程 | 合計 | |
|---|---|---|---|---|
| 平成30年度 | 5 | 16 | 14 | 30 |
| 平成29年度 | 6 | 13 | 14 | 27 |
| 平成28年度 | 6 | 12 | 13 | 25 |
| 平成27年度 | 6 | 11 | 16 | 27 |
| 平成26年度 | 7 | 12 | 17 | 29 |
| 平成25年度 | 6 | 10 | 11 | 21 |
| 平成24年度 | 5 | 9 | 13 | 22 |
| 平成23年度 | 5 | 10 | 11 | 21 |
| 平成22年度 | 5 | 10 | 10 | 20 |
学位取得の推移
（単位：人）
| 博士課程 | 修士課程 | 合計 | |
|---|---|---|---|
| 平成30年度 | 2 (2) | 8 (7) | 10 (9) |
| 平成29年度 | 6 (2) | 10 (6) | 16 (8) |
| 平成28年度 | 6 (4) | 10 (6) | 16 (10) |
| 平成27年度 | 1 (0) | 13 (9) | 14 (9) |
| 平成26年度 | 3 (1) | 10 (7) | 13 (8) |
| 平成25年度 | 5 (2) | 7 (3) | 12 (5) |
| 平成24年度 | 8 (4) | 11 (8) | 19 (12) |
| 平成23年度 | 3 (2) | 6 (3) | 9 (5) |
| 平成22年度 | 5 (4) | 10 (7) | 15 (11) |
※当該研究施設を利用して学位を取得した学内の人数、（ ）数は左記研究室在籍者