素粒子物理学：この10年間のヒッグス粒子研究で分かったこと
Nature
欧州原子核研究機構（CERN）の大型ハドロン衝突型加速器でヒッグス粒子が初めて観測されたことが報告されて10年が経過した。今回、ヒッグス粒子の性質に関する最新の研究成果を示したATLAS共同実験グループとCMS共同実験グループによる2編の論文が、Nature に掲載される。
2012年7月にATLAS共同実験グループとCMS共同実験グループは、ヒッグス粒子が有すると予測されていた性質を有する素粒子を発見したと報告した。それ以降、その30倍以上の数のヒッグス粒子が検出され、その振る舞いが素粒子物理学の標準模型と一致するかどうかを検証する研究が行われてきた。
今回の論文で、ATLAS共同実験グループとCMS共同実験グループは、大型ハドロン衝突型加速器のRun 2（2015〜2018年）で取得したデータの解析結果を示している。両グループの研究者が調べた重要な問題は、ヒッグス粒子が他の素粒子とどのような相互作用をするのかということだった。素粒子物理学の標準模型の理論によれば、素粒子の質量は、ヒッグス粒子との相互作用の強さに比例する。ATLAS共同実験グループとCMS共同実験グループは、この10年間に取得したデータを基に、既知の最も重い素粒子（トップクォークとボトムクォーク、ZボソンとWボソン、タウレプトン）とヒッグス粒子の相互作用を妥当な誤差の範囲内で推定することができた。これらの素粒子全てのデータは、素粒子物理学の標準模型によって予測された振る舞いと実験誤差内で正確に一致している。
過去10年間の研究の進展は、今後の10年間も続くと予想されている。ヒッグス粒子の重要な性質のうち、ヒッグス粒子同士の結合やヒッグス粒子と軽い素粒子との結合などは、まだ測定されておらず、理論の綻びが見つかる可能性がある。それでも現在のデータセットは、今後10年間の研究で2倍以上になると予想されており、ヒッグス粒子の物理をさらに解明するうえで役立つことだろう。
過去10年間の研究の進展、今後に託される研究課題と将来の探索的研究の可能性について論じたGiulia ZanderighiたちのPerspective論文も同時掲載される。
Ten years after the first reported observation of the Higgs boson at the CERN Large Hadron Collider, the most up-to-date results of the properties of this elementary particle from the ATLAS and CMS collaborations are presented in two papers published Nature.
In July 2012, the ATLAS and CMS collaborations announced that they had found a particle with properties that matched those expected for the Higgs boson. Since then, more than 30 times as many Higgs bosons have been detected, offering the opportunity to verify if its behaviour matches up with the standard model of elementary particle physics.
The two collaborations present an analysis of data produced within Run 2 of the Large Hadron Collider (between 2015 and 2018) that involve production or decay of Higgs bosons. The key question investigated by the researchers is how the Higgs boson interacts with other elementary particles. According to the theory from the standard model of particle physics, the strength with which any particle interacts with the Higgs boson should be proportional to the particle mass. Ten years of data allow the two collaborations to estimate, within reasonable errors, the Higgs interaction with the heaviest known particles: top and bottom quarks, Z and W bosons and tau lepton. For all these particles the data fall precisely in line, within experimental errors, of the behaviour predicted by the standard model of elementary particle physics.
The progress made over the past decade is predicted to continue over the next one. Some of the key properties of the Higgs boson, such as coupling to itself or to lighter particles, remain to be measured and potentially reveal deviations from theory. However, the current dataset is expected to more than double during the next decade of research, which will help to improve our understanding of Higgs boson physics.
The progress made in the past decade, what remains to be established, and potential future explorations are discussed in a Perspective by Giulia Zanderighi and colleagues.
doi: 10.1038/s41586-022-04893-w
「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。
