BELLE実験の紹介

現在の物理学の謎の一つに

この宇宙には物質（陽子と電子）ばかりが見つかり、反物質（反陽子と陽電子） はほとんど観測されていない。なぜ宇宙は均整がとれていないのだろうか？

この問題を解くための鍵のひとつが「ＣＰ非保存」です。 ＣＰ非保存とは、粒子と反粒子の間の（厳密には、Ｃｈａｒｇｅ＝電荷 と Ｐ ａｒｉｔｙ＝空間の同時反転に対する）対称性・同等性が破れていることです。 Ｐａｒｉｔｙ変換とは鏡をのぞいた時の変換に例えることができます。 鏡をのぞいてみましょう。自分と鏡の中の自分との違いは、ホクロのように 対称でない特徴です。鏡の外の世界も、実は対称性が破れているおかげで安定して 存在できるのです。物質世界の根底にある対称性の破れが、昨年以来、国際的に 科学の大きな話題になっています。 Ｃ変換とは電荷を反対にした変換です。皆さんご存知の電子の反物質は陽電子 と呼ばれます。電子はマイナスの電気を持ちますが、陽電子は他の性質は全く 同じでもプラスの電気を持っています。陽電子などの反物質は生活に関係がな いように思われるかもしれませんが、医療現場では陽電子放射断層撮影法 (PET) として体の精密診断や脳研究に使われています。 陽子や中性子の反物質、反陽子や反中性子も存在しています。反陽子と反中性子で できた原子核を回る陽電子の集まりから反原子をつくると、反世界も考えられるの です。でも、反世界が存在すると世界とは外見上区別がつかないだけではなく、 一緒になると消えてしまいます。反世界がこの世にあると物質世界の安定は 保証できません。 陽電子や反陽子などは加速器の実験では、いくつも発見されますが、幸いなことに 宇宙からやって来る粒子を調べてみると反物質が大量に存在する証拠はまだ見つ かっていません。 ＣＰ 非保存の現象自身は１９６０年代に 中性Ｋ中間子の崩壊を通じて発見さ れています。

その原因の一つと考えられているものに「クォークの混合」があります。 クオークはこれまでに６種類発見されていますが、これらのクオークは 互いに混じり合いながら反応することがわかっています。 ６種類のクオークとその混合の様式に簡単なルールを付け加えるだけで、ＣＰ 非保存が説明できるという考え方が１９７０年代に提唱されました。 (提唱者の名から、小林・益川理論と呼ばれています）。

ｂクオークは ６種類のクオークのなかでも ２番めに重く、いろいろなクオー クと混合しながら反応をおこします。Ｂ中間子はこの ｂクオークからできて おり、クオーク混合の研究に最適な材料であることがわかっています。 そして、この混合を注意深く調べることでＣＰ非保に関する新たな知見を得る ことができます。

図１：高エネルギー加速器研究機構（ＫＥＫ）全景

Ｂファクトリは、電子・陽電子衝突型の加速器です。トリスタンは等しいエネ ルギーの電子と陽電子の衝突をおこなわせる、対称エネルギーの１リング型衝 突型加速器でした。これに対し、Ｂファクトリは、電子と陽電子のエネルギー が異なる非対称エネルギー、２リング型の衝突型加速器となります。 電子と陽電子は、お互いに反粒子であり、質量が等しく、反対の電荷を持って います。エネルギーの等しい電子と陽電子は加速器の中で、同一の軌道を反対 方向に周回するので、等しいエネルギーの電子と陽電子を蓄積するためには、 １つのリングを用意すればよいことになります。しかし、Ｂファクトリのよう な非対称エネルギー型の衝突型加速器では、電子と陽電子は異なったリング中 に蓄積されなければならず、２リングが必要となります。 実際には、周長３ｋｍのトンネルの中に電子を蓄積する８ＧｅＶのリングと 陽電子を蓄積する３．５ＧｅＶのリングの２つのリングを並べて設置します。 トリスタンのトンネルは十分に大きいので、２つのリング を左右に並べて設置することができます。電子と陽電子はそれぞれのリングの 中を反対方向に周ります。２つのリングは２ヶ所で交差しますが、そのうち の筑波実験室中の１ヶ所、すなわち衝突点で、電子と陽電子が衝突することに なります。他の交差点（富士実験室中）では、リングを上下にすれ違わせ衝突 を起こさせないようにします。また、衝突点を囲んでＢＥＬＬＥ測定器が設置 されます。８ＧｅＶと３．５ＧｅＶというエネルギーは、Ｂ中間子の一対をちょ うどつくりだすエネルギーになっています。

図３：Ｂファクトリの構成。電子および陽電子は線形加速器から直接にＢファ クトリのリングに入射されます。２つのリングは２ヶ所で交差しますが、その うちの１ヶ所で電子と陽電子は衝突し、他の交差点では、リングは上下にすれ ちがい衝突は起きません。

「Ｂファクトリー」はＢ中間子をできるだけ大量に生成するのが使命です。 Ｂ中間子がたくさ んできれば、世界が注目しているBelle実験の結果はより確実 なものとなります。

2003年5月KEKBのルミノシティは設計値に到達しました。その後もこの値はじわじわ と増え続け、現在の記録は設計値より２割高くなっています。KEKBは世界記録を着 実に更新し続けています。積分ルミノシティも世界最高記録を更新中で図のように 250/fbというデータ量が2004年7月までに蓄積される予定です。

積分ルミノシティー

新型シリコン崩壊点検出器SVD2とBelle SVDグループ