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未知の粒子が存在か? 標準理論で説明できない現象発見の可能性 57

ストーリー by yoosee
物理学の明日へ 部門より

endor のタレこみに加筆して曰く "asahi.comの記事によると、物理学の世界で 30 年間定説となっている「標準理論」を覆すかもしれない発表が、米シカゴ近郊で開かれている Lepton & Photon 2003 にてあったようです。

つくば市にある日本最大の高エネルギー加速器研究機構 KEK の研究施設の一つ、世界一のルミノシティを持つ「Bファクトリー加速器」及び「BELLE検出器」では、現在の量子力学・素粒子理論の基礎となる「標準理論」の検証実験が行われています。これは「宇宙誕生時には粒子と反粒子は同量存在したはずなのに、なぜ我々の世界は粒子だけで出来ているのだろう」と言う疑問に答えるべく CP 対称性の破れと呼ばれる現象の測定を行っており、それを証明する結果も出てきています。
KEK のプレスリリース によれば、今回の発見はこの実験の中で「標準理論」に当てはまらない現象が B → Ksφ と言う非常に稀な崩壊パターンから見つかったもので、想定された理論よりも更に重い粒子である超対称性粒子や全く未知の粒子の存在を示唆する、物理学の新しい理論に向けて非常に興味深い結果となっています。

東大の小柴教授らのニュートリノについての研究成果がノーベル賞を受賞したことも記憶に新しく、日本での基礎物理学の大きな成果が続いているようで、この意義は大きいのではないかと思います。"

この議論は賞味期限が切れたので、アーカイブ化されています。 新たにコメントを付けることはできません。
  • 1つ心配なのは (スコア:2, すばらしい洞察)

    by endor (13367) on 2003年08月14日 19時36分 (#379027) ホームページ 日記
    タレコミ人です。

    このニュースがいったい一般の人にどれだけ認知されるんだろう?
    昨日の朝刊には出てましたが、あの説明で普通の人が理解できるとは到底思えませんし。
    テレビなどでどんな風に報道され(てい)るのかな?

    ともあれ、今後の日本での物理学の発展に期待。

    #それにしても、yoosee氏が元関係者 [srad.jp]だったとは知らなかった。
    • オフトピ (スコア:2, 参考になる)

      by Anonymous Coward on 2003年08月15日 7時11分 (#379294)
      >このニュースがいったい一般の人にどれだけ認知されるんだろう?

      どちらかというと、一般な人です(^^;;
      正直「よく分からない」というのが本音なのですが、
      SF好きな自分としては、こういうネタは好きだったりします。

      最近、こういうサイト↓を発見しまして
      http://www005.upp.so-net.ne.jp/yoshida_n/
      http://member.nifty.ne.jp/scitech/

      自分が今までイメージしていた物理学のイメージが
      実はかなり古典的なものだった事が分かりました(^_^;
      特に「 場の量子論 」とかは読んでいて新鮮でした。

      とにかく、物理学にもいろいろと「世界」があるのだな、と
      勉強になりました。
      親コメント
  • KEKプレスリリースには、(非対称度の sin カーブの大きさが)「+0.731±0.056から統計のゆらぎによって-0.96±0.50と測定される確率は0.1%以下である。」とあるのですが、こういう時の検定はどのようにやってるのでしょう?

    ふつうに、測定された 68個の崩壊例だけから統計量を作って、過去の研究の sin カーブと今回のが違っている確率みたいなのをモンテカルロかなにかで算出するのですか?

    でも非常に少ない現象に対してそういう検定をやらない気もするし...細かい話ですみませんが誰が知っている識者の方いましたら教えてください。

    それにしても快挙ですね。同じつくばでも大学の方のタンデム加速器で金箔にビームぶつけていた頃を思い出しつつ、拍手を贈りたいと思います。
    • by Anonymous Coward on 2003年08月15日 2時43分 (#379256)
      Unbinned maximum likelihoodというやつです。基本的にmaximum likelihoodと一緒ですが、統計量が少ないので、binnningしない。だから、あのsineカーブのグラフは、結果がこんな感じですよ、と示しているだけで、実際にあれでfittingしたわけではない。

      一つ一つの崩壊例に対して、パラメータv.s.その値を取る確率(likelihoodという)、のmappingを作っていく。実際には、単一パラメータではなく、複数パラメータ空間でのlikelihoodの分布を取る。それぞれの崩壊例に関して確率の分布を作り、全て重ね合わせてやれば、全崩壊例を使ったパラメータ空間でのlikelihood分布が作れる。それを使って、もっともらしい値(likelihoodのmaximumになっている部分)を選んでやることで、中心値が求まる。maximumの高さよりも低い所に等高線を引いてやって(その高さの差は、統計論から決まる)その等高線とlikelihood関数の交わるところを誤差と定める。

      0.1%以下というのも、今回の結果のlikelihood関数と、比較された方のlikelihood関数を用いて計算するのが正しいが、今回言われている0.1%というのは、3.4σを一般の人にわかりやすく言っているだけかもしれない。(どちらでもだいたい同じになる。)

      解析手法の中でモンテカルロは必須。例えば、上に書いた単一の崩壊例に対するlikelihood分布とか、モンテカルロなしでは求まりません。それとは別に、妥当性検定のためにモンテカルロを使うこともしばしばありますが、今回のは論文読んでないから分かりません。例えば以前話題になったWMAPとかは、ひたすらモンテカルロ使って確率計算しております。

      細かいことは省略。(十分細かい?)「誰だ嘘書いているやつはー!」と思った方は修正してください。

      親コメント
      • by nq (16642) on 2003年08月17日 19時10分 (#380448) 日記
        > だから、あのsineカーブのグラフは、結果がこんな感じですよ、
        > と示しているだけで、実際にあれでfittingしたわけではない。

        この説明で納得すべきなのですかねえ。

        標準理論の予想(点線のsine curve)からデータが有意にずれている、ということをそのグラフが示しているのはわかるのですが、もっとも左のデータ点(delta t =-7.5--5 の点)がモデル(実線のsine curve )から甚だしく離れているので、そもそも sine curve をモデルとする妥当性がまったく感じられないのです。
        このグラフを普通に解釈してカイ2乗検定をしたら、強い主張は出来なさそうに思えます。(そこから高い有意性を引き出すのがunbinned maximum likelihoodの魔法?)

        もうちょっと、(実験科学を知る非専門家にも)説得力のあるプレス説明がほしいと思いました。
        親コメント
      • わかりやすい説明ありがとうございました。イメージがすごい伝わってきました。

        普段、大量のデータを処理、検定していて、むしろ「データを減らしたい!」という悩みのある分野で仕事してるのですが、逆にこういう「非常に稀な現象の検定」ってどうやってるんだろう、と興味をもった次第です。

        そうか、実際にあの sin カーブで fitting したわけじゃないんだ。分野が違うと検定も違うのだと実感。
        論文が出たら、是非細かいところまで読んでみます。
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        • by Anonymous Coward on 2003年08月15日 15時39分 (#379425)
          1億5000万×2個のB中間子をふるいにかけているわけで、
          データ量は極めて膨大です :-)
          高エネルギー物理は大量の生データを、いかに取りこぼしなく
          収集・解析するかもキモの一つでして、
          LHCがグリッドコンピューティングを推進しているという記事も
          記憶に新しいことかと思います。
          親コメント
        • by Anonymous Coward on 2003年08月15日 21時36分 (#379649)
          > 論文が出たら、是非細かいところまで読んでみます。

          論文はすでにonlineで出ています。
          BELLE HOME PAGE [belle.kek.jp] の先頭。

          ただし、letterなのでunbinned maximum likelihoodに関する記述は無いんじゃないかな。

          以前の論文(ここ [belle.kek.jp]の22番)に詳しい記述があります。

          親コメント
          • 会議の proceedings ですね。ありがとうございます、全てかっさらいました。;-) 盆の楽しみに供させていただきます。

            驚くのは著者の数!
            50行にわたって著者が並んでいて、詳しく数えていませんが1行に 7名だとしても、350名!

            さすがは実験物理。
            親コメント
      • by kiyotan (3912) on 2003年08月15日 18時27分 (#379530) 日記
        実はこれこのストーリーの中で質問と回答というやりとりの中で
        一番真摯に質問に答えてると思います。
        そんなわけで、もっとモデレートしてあげてください。
        おしむらくは、likelihood と MC の関係が

        likelihood分布とか、モンテカルロなしでは求まりません。

        の一言で片付けられてる点でしょうか。

        ともかく、イベント数が少ない事象の解析で実際現場では
        どのような取り扱いがなされているかという雰囲気が
        伝わるよい回答だと思います。

        #こーゆー細かいとこって新聞や科学雑誌みても
        #書いてないもんね。
        --
        Kiyotan
        親コメント
    • >確率みたいなのをモンテカルロかなにかで算出するのですか?

      笑うところですか?
  • おふとぴ (スコア:1, おもしろおかしい)

    by Anonymous Coward on 2003年08月15日 3時19分 (#379265)
    ついにミノフスキー粒子の発見ですか?
  • とりあえず (スコア:1, おもしろおかしい)

    by Anonymous Coward on 2003年08月15日 12時19分 (#379360)
    この結果を見ずしてあえなく社会に散っていった先輩方が研究室に残したマンガやUNIX設定本の前で、花と線香を飾って報告すべきでしょう。。。

    #だから、笑うところじゃないんだってば。

    • by oku (4610) on 2003年08月15日 12時47分 (#379371) 日記
      マンガは残していきませんでしたが、UNIX 本は研究室に残して逝きました。

      # hep.osaka-cu.ac.jp は FNAL な人が多いんで
      # 此度のとはあんまり縁がなさげな気がしますが。

      親コメント
      • Re:とりあえず (スコア:1, 参考になる)

        by Anonymous Coward on 2003年08月15日 12時50分 (#379373)
        osaka-cu.ac.jpは一見無関係っぽい所が、
        思い切り深くBELLE関係者ですよ。

        --
        オフトピ?
        親コメント
        • by oku (4610) on 2003年08月16日 21時04分 (#380147) 日記

          もう一つの母校関連で言うと hep.okayama-u.ac.jp には BELLE の detector 作ってた先輩がいたような気がしますが... (すごく朧げ)

          osaka-cu.ac.jpは一見無関係っぽい所が、
          と書いてるところから見ると !hep なんでしょうか?

          # あの大学で宇宙線研か高エネか超高以外にも
          # KEK やってる人いたっけかなあ...

          親コメント
  • もしかしたら誰かが書いてるのを見落したかな。
    実は今回のこの結果って、アメリカのBaBarという実験も同じものを観測した結果を出してるんですよね
    ところがところが、アメリカのほうは、何と標準模型の予言値に歩みよってしまってるんです!
    今回のBelleとBabarの結果って2.1σくらいずれてしまっていたような...
    去年の結果だったらどちらも標準模型からずれた結果を出していて、お互いのデータもそれなりに合ってたのに...
    なんか余計混沌としてきたなーという印象があったりします。
    こうなりゃSuper BelleとSuper Babarを両方作ってがんばってもらいますか
  • by Anonymous Coward on 2003年08月14日 17時54分 (#378963)
    とりあえず、おめでとうといいたいですね。 標準模型を超えるまでが長かっただけに、ガセねたでないことを祈ります。
    • by takac (13264) on 2003年08月15日 2時05分 (#379246)
      追試の結果が出ないとわからないけれど「覆す」ってのは言い過ぎじゃないかなぁ。
      ニュートン物理学も相対性理論で否定されたのではありませんよね。

      今回の話がガセでなければ標準モデルが拡張されることになるのでしょう。
      それが拡張に留まるのか、新しい理論を生み出すのかは、今後の動向に注目ですね。
      物理屋さんの地道な努力に期待してます。

      # よくわかってないけどID
      親コメント
    • 標準模型?
      • by kiyotan (3912) on 2003年08月14日 18時20分 (#378993) 日記
        日本語では標準理論って言ったりすることもありますが、
        英語では standard model って言います。訳すと標準模型。
        standard theory って言ってるのは聞いたことないです。
        #や、僕が聞いたことないからってどーってことないんですが。

        悲しいのはこの実験だけでは、
        「未知の粒子が介在してる」以上のことがわからんってことですね。
        バーチャルで飛んでるんで質量もわからし。
        #まぁ、スパーンと一致する理論でも出てくると別ですが。
        #多分それはもっと先のお話。
        未知の粒子があるとわかっただけでもすごいことなんですが。

        もしかしたらもう少しで、新粒子続々直接検出!の
        楽しい時代がやってくるのかもしれません。
        --
        Kiyotan
        親コメント
        • 個人的にはトップクォークの発見級、あるいはそれ以上のインパクトがあるような気がします。

          トップのクォーク時は、標準理論は予想しているが、まだ見つかっていないもの(思ったより重いところがちがったんだっけ?)が見つかっただけという冷た

          • by take0m (4948) on 2003年08月14日 19時36分 (#379026) 日記
            大きさはまあ普通ですが、ルミノシティは世界最高レベルです。
            加速器は、もう、昔懐かしのTRISTANではないんですよ。KEKBで加速器も新規に作り直していますから。
            蛇足ですが13カ国による国際協力な研究ですから、場所は日本とはいえ、人類の発見であって欲しいですね。
            でも、時代は、ぐるぐる回すより直線勝負に移行しつつあります。
            親コメント
            • by kei_sun (15123) on 2003年08月14日 20時16分 (#379047) 日記
              > でも、時代は、ぐるぐる回すより直線勝負に移行しつつあります。

              JR中央線の真下の地下が空いているのでそこに作ろうとかいうヨタ話がありましたが、考えてみれば電車が通るたんびにその振動で凄いことになりますね。

              ※ちっ、だめか。
              親コメント
              • by hokuto (16888) on 2003年08月14日 22時36分 (#379123) ホームページ
                人身事故が多発して運行・・・もとい運用スケジュールがしばしば遅れそう。

                #オレンジの加速器は赤く染まる。
                親コメント
              • by Anonymous Coward
                終電後に運用ではだめなのか?
              • by Anonymous Coward
                昼間の振動で位置精度が狂うし、夜も、貨物列車とか通るでしょう。

                # 核研のあった田無分室跡を久々に覗きに行ったら何もかもなくなっていて、
                # 感慨に耽ったのを思い出してAC
              • by Anonymous Coward
                だとしたら地震が多い日本に作ること自体、無理があるということに
                なるが。
              • by Anonymous Coward
                そう言えば、つくばも地震が多いですね。
                まあ、恒常的に振動があるのとでは頻度が桁違いだとは思いますが
          • よくわからんとは言っても、今回用いた崩壊モードでは超対称性理論を始めとする
            拡張理論の干渉する割合がきわめて大きく、以前より注目されてきたものです。
            今や超対称性理論は(Higgsのそれと同じく)存在はほぼ確実視されていますが、
            実際にその尻尾を掴んだ今回
            • >今や超対称性理論は(Higgsのそれと同じく)存在はほぼ確実視されていますが、

              んなこたぁ~ない。
        • by Anonymous Coward
          単純に「標準モデル」で良さそうな気がするんですが。
      •  標準模型 [wikipedia.org]
        親コメント
  • by Anonymous Coward on 2003年08月14日 20時09分 (#379045)
    ううん、むかし読んだ日経サイエンスの話では、bクォークと
    反bクォークからできてる中間子だったような。
    asahi.comの
    >Bファクトリーでは、光速近くまで加速した電子と陽電子を
    >衝突させてB中間子と反B中間子をつくり、1兆分の1秒という
    >瞬時に両中間子が崩壊する過程を調べている。
    ってのは正しいんでしょうか。
    わかる人教えてください。
    • by kiyotan (3912) on 2003年08月14日 20時36分 (#379053) 日記
      何を聞きたいのかいまいちわかりませんが、
      Lepton & Photon のサイトから辿れる、
      PDF ファイル [fnal.gov]なんかをご覧になってはいかがですか?
      多分、これが件の内容を発表するのに使われたもんだと思います。
      例の図は P45 あたりにあります。
      どーゆー現象を見てるか、はP38に書いてあります。
      ちなみに、B0 のクオークコンポーネントは d と b bar です。
      --
      Kiyotan
      親コメント
      • by primavera (9253) on 2003年08月15日 9時58分 (#379324)
        >Lepton & Photon のサイトから辿れる、

        その昔、ナムコのアーケードゲームにPhotonというゲームがありましたな。
        分子の立体構造の見本が示され、その通りに原子/分子を組み上げていくというもの。
        むちゃくちゃ地味なゲームでした・・・・
        たしかリブルラブルと同時発表だったような気がする。

        #こんなコメントしかできない自分が情けないっす・・・
        親コメント
        • by Fatalwedge (6623) <fatal@fuurai.org> on 2003年08月15日 10時52分 (#379339) 日記
          ナムコのは「PHOZON」ですー。
          ナムコミュージアムVOL.3 [namco.co.jp]に収録されてますのでぜひ。
          親コメント
          • by primavera (9253) on 2003年08月15日 12時17分 (#379359)
            うう、間違えてしもた・・・すんません。

            アーケード時代に数回やったけど、あまりの地味さに僕にはイマイチ面白さが見えてこなかったっす。
            親コメント
          • by dgz (12635) on 2003年08月15日 21時44分 (#379655)
            あと、もうひとつ。あれは実のところ立体じゃありません。

            # 本当に立体にしたらおもしろく.. いや、気が狂いそうになるかな

            親コメント
        • by kiyotan (3912) on 2003年08月15日 19時04分 (#379554) 日記
          ご自分を卑下なさるのは傍においておいて、
          Lepton & Photon のプログラムのページを
          見てるとどうやら、原稿を入手できるだけではなく
          講演の様子を動画で見ることができるようなので、
          雰囲気だけでも味わってみてはいかがですか?
          アメリカで行われている国際会議の様子を
          日本に居ながら見れるってのはいい時代になったと思いません?
          一昔前だと原稿だって講演者にお願いしてコピーさせて
          もらうしかなかったわけですし。
          そーゆー意味では今の時代に生まれたことを感謝せねば。

          また、このストーリーに関しては他のストーリーでは
          叩かれまくりそうな初歩的な質問でも誰か彼か答えて
          くれてるわけですし、素朴な疑問があれば書いてみるのも
          いいかもしれませんね。その回答が正しいものかどうかは
          ご自身で判断するしかりませんけど。:-P

          そーゆー意味でもいい時代になったと思います。
          #間違って取り入れた知識をどこで修正するかは
          #なかなか難しい問題だとは思いますが。
          --
          Kiyotan
          親コメント
    • まぁ正しいといっていいとおもいます。
      B 中間子は b クォーク及び 反 b クォークのどちらかと、他のクォーク u, d, c, s の組み合わせで出来ます。このうち反 b を含むものを B 中間子、b を含むものを 反 B 中間子 と呼びます(この辺は歴史的経緯で逆になっちゃってます)。

      以下、便宜上反粒子を b' のように記述します(本当は上にバーを付けるんですが)。
      Bファクトリー実験では、電荷のない B0 (b'+d) と 反B0 (b+d') を生成しますが、このためにΥ(4S) (b+b') という共鳴状態(10.58GeV)を電子(8.0GeV)と陽電子(3.5GeV)の衝突で作り出します。そこから B0 B0' (5.28GeV) の 2 粒子が生じ、各々の崩壊モードで崩壊します。この際、崩壊した粒子が運動量を持つようにするため、電子と陽電子ビームのエネルギーを非対称にして崩壊後の粒子がある程度の距離を飛ぶようにしています(飛んでくれないと軌跡が見えないので粒子の同定が難しくなる)
      親コメント
    • by Anonymous Coward on 2003年08月14日 20時48分 (#379063)
      毎日新聞の記事 [mainichi.co.jp]はどうでしょう。
      親コメント
    • Re:毎日の記事 (スコア:2, 参考になる)

      by Anonymous Coward on 2003年08月14日 21時06分 (#379075)
      毎日の記事 [mainichi.co.jp] のほうが解りやすいのかも。
      Bと反Bの崩壊の仕方には違いがあり(CP対称性の破れ)、 それは標準模型で予言(小林・益川理論 [www.kek.jp])されてるんだけど、今回はその予言からのずれが観測されたのではないか、ってわけですね。
      親コメント
  • by Anonymous Coward on 2003年08月15日 11時35分 (#379352)
    一般の人です。ぜんぜんわからん。
     
    ところで
     
    1つ心配なのはタレコミ人です。
     
    って読んじゃったよ。
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一つのことを行い、またそれをうまくやるプログラムを書け -- Malcolm Douglas McIlroy

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