ＪＬＣのための包括的な物理のレビューは、既に国際会議や本誌に幾度か報告 されている。 ここでは、主に最近のＬＥＰでの精密実験から得られた情報にもとずき、 重心系エネルギー３００〜５００ＧｅＶでのｅ＋ｅ−実験がいかに重要で 緊急な課題であるかに論点を絞り、 このエネルギー領域での物理をあらためて整理し、 第一期ＪＬＣ計画の位置付けを行なう。
標準理論前夜、我々の手元にあったのはフェルミの４点相互作用の理論であった。この 理論は、３００ＧｅＶ近辺でユニタリティーを破ることが知られていた。この困難を回 避するため、ウィークボソンＷ、Ｚが導入された。しかし、一般に質量を持ったべクタ ーボソンの理論はくりこみ不能であり、困難は完全には解決されていない。ベクターボ ソン同士の散乱で、再びユニタリティーの破れが確実に予測されるのである。この問題 を解決するために、ゲージ対称性とその自発的破れを骨子とする標準理論が提唱された 。
もちろん、ＷとＺの発見以前には、標準理論は一理論であった。ウィークボソンの発見 および標準理論の検証に焦点を合わせ、新たに加速器および実験計画が本格的に提案さ れたのは、中性カレントの実験とＳＬＡＣの有名なｅＤ実験が、ワインバーグ角に対し 、誤差の範囲で一致する数値を与えた頃からである。その後、ＳｐｐＳ ／Ｔｅｖａｔｒｏｎ（ｐｐ）計画およびＴＲＩＳＴＡＮ／ＬＥＰ／ＳＬＣ（ｅ＋ｅ−） 計画が遂行され、標準理論に対する確固とした基礎が築き上げ られた。ＷとＺの発見は、４点相互作用の理論におけるユニタリティーの問題を解決し たが、標準理論で最も本質的な役割を果たすヒッグスはいまだ発見されておらず、第２ のユニタリティーの破れの問題は未解決である。
ＬＥＰ以後ワインバーグ角の精度が著しく向上し、再び次の実験計画に関する重要なヒ ントを与えている。標準理論が予言するのは、色々な実験で決めたワインバーグ角が、 ０から１ までの何処かの値に一致することのみである。従って、このワインバーグ角の値を正し く予言する理論は、標準理論を越える理論として、極めて有力であるといえる。標準理 論を越える理論としてＧＵＴがある。ＧＵＴは、ゲージ力の統一を可能にするだけでな く、電荷の量子化やアノーマリーの相殺等、標準理論では説明できないことに合理的な 説明を与える。しかし、標準理論を含む最小のＧＵＴであるＳＵ（５）理論は、良く知 られた自然さ（Ｎａｔｕｒａｌｎｅｓｓ） の問題を抱えている。この問題は、さらに新しい対称性（超対称性） を加えることで解決される（ＳＵＳＹーＳＵ（５））。
驚くべきことは、自然さの問題を解決するために導入された超対称性が、同時に力の統 一の成立に決定的な役割を果たすことである。図 １−１は標準理論のゲージ対称性 ＳＵ（３）ｘＳＵ（２）ｘＵ（１） に対応する３つの結合定数α３、α２、α１の測定値から、それらの高エネルギーでの 値を予測したものである。
残念ながら、標準理論だけでは力の大統一は起こらない。 これに対し、超対称性の導入は、図 １−ｂ に示すように、３つの力のみごとな統一に導くのである。この事をもっと定量的に示す ために、逆に大統一を仮定し、そこから導かれるワインバーグ角の予言値を実験値と比 較したのが図−２である。
予言値と実験値の各々の精度を考えると、両者は見事に一致し ている。これが偶然とするならば恐るべき偶然である。
超対称性は、標準理論の中の非ゲージ力であるヒッグス力とゲージ力を統一する。その 結果、ヒッグスの４点結合定数がゲージ結合定数で表され、１５０ＧｅＶ以下にヒッグ ス粒子の存在を予言する。このヒッグスが標準理論におけるユニタリティーの問題を解 決するのである。
かつて我々は、標準理論とワインバーグ角の実験値をもとにして、加速器建設および実 験計画を立てた。そして現在、超対称性理論とワインバーグ角および強い相互作用定数 の実験値から、超対称性理論の実験的検証が、第一期ＪＬＣ計画 （Ｅｃｍ＝３００〜５００ＧｅＶ）の最も重要な課題であると考え、 その立案を進めている。 この観点から、次章以降、ＪＬＣ実験を可能なかぎり早期に開始することがいかに重要 であるかを示す。 また、もし不幸にして上記２つの実験的ヒントが恐るべき偶然に過ぎなかった場 合においても、このエネルギー領域におけるトップクォークおよびＷを含む標準理論に 関する精密実験は、それ自身が重要であるばかりでなく、次に進むべきエネルギー領域 を定量的に示すことを強調し、第一期ＪＬＣ計画の遂行が、我が国の高エネルギー物理 学の発展において、非常に重要な意味を持つことを示したい。
超対称性の理論では、最低２つのヒッグス２重項が必要である。従って、自発的対称性 の破れの後に５つの自由度が残る。これらがスカラーヒッグスｈおよびＨ、擬スカラー ヒッグスＡ、そして荷電ヒッグス Ｈ＋およびＨ−である。これらのうち、軽いスカラー ヒッグスｈは最低次ではＭｚ以下になり、新たに重要になったトップのループ補正を入 れても１５０ＧｅＶを越えない。軽いヒッグスの存在は、超対称性理論の極めて一般的 な帰結であり、ヒッグス多重項を拡張しても変わらない。もちろん標準理論でも、それ がＧＵＴスケールまで適用できるとすると、トリビアリティーの議論から、２５０Ｇｅ Ｖ以下にヒッグスが存在しなければならない。そこでＪＬＣの第１の使命は、軽いヒッ グスｈを発見することである。そして、それに続く他のヒッグス粒子を探索し、ヒッグ スセクターの構造を明かにすることである。
超対称性理論の予言するヒッグス粒子は、ＳＳＣ／ＬＨＣ等のハドロンコライダーで見 つけるのは困難であり、超対称性理論のパラメータ領域によっては不可能であることが 報告されている。 それは、擬スカラーヒッグスや荷電ヒッグスが、直接にはベクターボソン対に結 合しないこと、また重いスカラーヒッグスＨの場合でも、パラメータ領域の多くの部分 でベクターボソン対への結合が極めて弱くなるため、最もきれいなシグナルである４レ プトンモードへの分岐比が大きく減少するためである。軽いスカラーヒッグスについて も、２光子モードへの分岐比が小さくなるため、標準理論の場合よりさらに難しくなる 。もし発見されたとしても、その性質の詳細な研究は困難である。
超対称性理論が極めて有力になってきた現在、この最も重要な領域の解明を可能にする ｃｅ＋ｅ−加速器が是非必要である。 ＪＬＣにおける３００〜５００ＧｅＶでの実験は、以下に 示すように、全てのパラメータ領域における軽いスカラーヒッグスの発見と詳細な研究 を可能とする。
ｉ）軽いヒッグス粒子の探索
スカラーヒッグスの探索方法としてまず考えられるのは、主要な崩壊モードであるｂ
−ジェット対終状態を不変質量分布のピークとして捕えることである。
この場合、同時に生
成されるＺの崩壊モードによって独立な３つの探索が可能である。図３−ａ
はＺがニュートリノ対に崩壊した場合で、積分ルミノシティー４／ｆｂに対応している
。
これは、現在のＪＬＣの設計値では僅か１０日である。主要なバックグラウンドであ るＺＺ反応は、ｂ−クォークをバーテックス検出器で同定することにより十分落 とすことができる。 Ｚが電子あるいはミュー粒子対に崩壊する場合も明瞭である（図３−ｂ ）。分岐比の点から最も有利なのは、Ｚがクォーク対に崩壊する場合である（図３−ｃ ）。この場合はＷＷもバックグラウンドとなるが、ｂ−クォークの同定に加え、１つの ジェット対の不変質量がＺの質量と合うことを要求すると、落とすことができる。上記 ３つの場合に対するヒッグス候補の不変質量分布は、１年間で、図ｃ４−ａ，ｂ，ｃ のようになる。こうなればもはや疑いようがない。
さらにＪＬＣでは、後に示す高性能の測定器により、ヒッグス粒子の詳細な研究が可能 となる。ヒッグス粒子のスピンを測ることも容易である。発見されたヒッグス粒子の質 量を正確に決定するには、Ｚが電子あるいはミュー粒子対に崩壊するモードを使い、こ れらの運動量を正確に測定して、残りの部分の質量分布を求めればよい（図５）。
もちろんこの場合には、ルミノシティーは若干犠牲にして、ビームエネルギーの幅を小さく する必要がある。１０／ｆｂのデータでヒッグスの質量を２０ＭｅＶ の精度で決定し、また、その全崩壊幅を２００ＭｅＶ以下まで押さえることができる。
ｉｉ）標準理論をこえるヒッグス粒子の探索
超対称性のシナリオでは、軽いヒッグスｈの性質が標準ヒッグスと大きく異なる場合に
は、２つのスカラーヒッグスｈとＨを同時に発見できる。この時点で我々は、標準理論
をこえる確固とした実験的証拠をつかんだことになる。この場合には、図６に示すよう
に擬スカラーヒッグスも荷電ヒッグスも比較的軽く、ＨＡやＨ＋Ｈ−終状態で発見でき
る。探索には、４−ジェットモードを使えばよい（（ｉ）のＺがジェト対に崩壊する場合
と同様）。
ｈ以外のヒッグス生成のしきい値を越えられなかった場合を考えよう。この場合は、ｈ の生成断面積および崩壊分岐比の、標準理論からのわずかなずれを検出しなくてはなら ない。図７はｈＺの生成断面積にｂークォーク対への分岐比をかけたものを、いくつか のｔａｎ（ｂｅｔａ） に対してＭＡの関数として示している。
１００／ｆｂの統計で、これら２つのパラメータ に対し、図８に示すような制限が得られる。
２）超対称性粒子の探索
超対称性理論の予言どうり軽いヒッグスが発見され、ヒッグスセクターのノンミニマリ ティ（標準理論からのずれ）が確立されたとしても、この理論を最終的に検証するため には, 超対称性粒子を発見しなければならない。
重心系エネルギー３００〜５００ＧｅＶでのＪＬＣの初期実験では、どの程度の発見が 期待できるのであろうか。自然さの問題を解決するために導入された超対称性であるか ぎり、超対称性粒子はむやみに重くてはいけない。また陽子崩壊の実験や、宇宙論で最 も軽い超対称性粒子（ＬＳＰ）が宇宙をオーバークローズしないという条件からも、理 論のパラメータに制限がつく。 これらを総合すると、ＬＳＰは１００〜２００ＧｅＶであり、チャージーノは３ ００ＧｅＶ以下にある可能性が高い。
ここでは、最も可能性の高いチャージーノ対生成について、もう少し詳しく見てみよう 。５００ＧｅＶでの断面積を、理論のパラメータ空間におけるコントゥアーとして示し たのが図９である。
図１１０は、同じパラメータ空間でチャージーノの崩壊モードがどう変化するか を示している。
チャージーノとＬＳＰ質量差がＷ質量を越えると、シグナルはアコプラ ナーＷ対となる。そうでない場合には今までのチャージーノ探索と同様に、アコプラナ ージェトを探すことになる。いずれの場合でも発見は容易である。
いったんチャージノが発見されれば、後はｅ＋ｅ−実験の独壇場である。着実にエネルギーを 増強して粒子スペクトルの全体を知ることにより、この理論の背後にあるＧＵＴ スケールの新しい物理を探ることになる。
ハドロンコライダーでは異常磁気能率Ｄｋに対する制限が得られないこと、また、 偏極電子ビームが重要な役割を果たすことが特徴的である。ここで得られる制限は ＬＥＰ−ＩＩ より１桁以上精度が高く、標準理論から予想される量子補正と同程度のものである。従 って、さらに統計を上げてＷ対生成を精密に測ると、現在ＬＥＰで行なわれているよう に、量子補正を通じて高いエネルギースケールの物理を探ることが可能となる。
これらの精密測定が全て標準理論を支持するものであれば（最悪の場合）、次になすべ きことは標準理論のヒッグスがどこにあるかをはっきりさせることである。この事態は 、現在のＬＥＰの状況と良く似ている。しかし、その精度は格段に向上する。ＪＬＣで は、次の章でしめすとうり、トップクォークが実際に生成され、その質量は５００MeV 以下の精度で測定されている。一方、Ｗ質量（またはワインバーグ角）決定の統計精度は ＬＥＰ−ＩＩ と比較して１桁以上向上し、約２０ｃＭｅＶで決まる。 図１２にトップ質量の精度とヒッグス質量の関係を示す。
この図からトップ質量の精密測定が 極めて重要であることがわかる。
また、ヒッグス質量に対する制限をヒッグス質量の関 数として表すと、図１３が得られる。このデータから次のエネルギーがきまる。
１点１／ｆｂで１１点の測定を行なう。 そしてトップ質量と強い相互作用の結合定数αｓをフリーパラメータと してフィットすると、図１４−ｂ のような結果が得られる。αｓを知らないとしても、０．５ＧｅＶ の精度でトップの質量が決まることがわかる。 一方、図１５に示したような３ジェトの不変質量分布を使うと、 統計誤差としては１００ＭｅＶ以下の測定が容易に実現できる。
逆にこのトップ質量の制限を付けると、しきい値領域の断面積測定からαｓが０．００３の精 度で決定できる。αｓ測定の価値は、ＧＵＴスケールの情報を提供するので、むしろ超 対称性の場合の方が大きい。この場合にはトップ質量の精密測定の意義もさ らに大きくなる。トップ質量は湯川結合と直接関係しているので、超対称性粒子やヒッ グス粒子の質量あるいは崩壊幅を計算する際の不可欠のパラメータである。トップの湯 川結合は、しきい値領域のトップ対生成断面積の測定、あるいはトップ対に付随してヒ ッグスが生成される反応を調べることにより測定できる。この際の湯川結合の決定精度 は、いずれも１０／ｆｂの統計で２０％程度である。
この他にも、トップクォークの超対称性粒子への崩壊の探索、終状態ジェトの角分布解 析によるトップ対の生成および崩壊バーテックスの研究等、豊かな物理がある。特に角 分布解析は、トップの崩壊幅が大きくトップハドロンが生成されないという今までのク ォークになかった全く新しい状況によってのみ可能となる。
このエネルギー領域でのｅ＋ｅ−実験の特長は、すべての物理現象を現在我々の知っている基 本粒子の事象として捕えることができることである。この利点を最大限に生かすために は、分岐比の大きいハドロンジェットによりＺおよびＷが確実に再構成され、その不変 質量で明瞭に分離できることが重要である。従って、ニュートリノを除く全ての終状態 に現われる粒子を検出する必要がある。さらにＺやＷの質量分解能を上げるために、中 性粒子はカロリメータの情報を使うとしても、荷電粒子は分解能の良い飛跡検出器の情 報を使う。この場合、エネルギー再構成での重複をさけるためには、飛跡とエネルギー クラスターとの１対１対応が十分にとれることが重要となる。また、ｔ−クォークやヒッ グスの検出のために、ｂ−クォークのバーテックス検出器での同定も極めて重要である。
一方、８０〜１５０ＧｅＶ のヒッグス粒子の研究を主眼とするので、その性質である狭い崩壊幅を確認できる性能 は測定器設計の重要な指針である。 主に、以上の物理からの要請をガイドラインとして設計したＪＬＣ実験の測定器案を図 １６に、また、各検出器のパラメータを表１に示す。以下、簡単に各検出器の概略を示 す。
漏れのないカロリメトリーを重視して、超伝導ソレノイドは、ハドロンカロリメータの 外側に設置される。飛跡検出領域での磁場は２テスラである。 中央飛跡検出器は、ミニジェットチェンバーを採用し、半径方向２ｍの間で１００点の 測定を行なう。各点のｒーΦ平面での位置分解能は１００ミクロンメートル以下で、 １ｍｍ以上離れた飛 跡は十分に分離される性能を持つ。飛跡とクラスターの十分な対応をとるため、カロリ メータ前面でのＺ方向の位置分解能は２ｍｍ以下が要求される。これは、１０層のスラ ントレイヤー（３°）によって達成する。
カロリメータは鉛とシンチレータのサンプリング型で、電磁カロリメータとハドロンカ ロリメータを一体のものとした補償型である。衝突点をにらむタワー構造で、プリシャ ワーを検出するためのシリコンパッド（１ｃｍＸ１ｃｍ）を備えている。
衝突点付近は、従来我々が経験してきたものと比べ、全く異なったものとなる（図１９ ）。
ナノメータのビームを、安定に衝突させるためには、最終収束の四極電磁石がこの 精度で制御されなければならない。この測定器案では、電子側と陽電子側の四極電磁石 を構造的に一体（ＣＦＲＰ製の円筒に固定）のものとすることにより、同位相の振動の 影響をなくす設計を行なっている。その上で、双方の四極電磁石の位置は、レーザー干 渉系で位置の変化を測定しピエゾ素子を使用して位置を戻す制御システムにより、ナノ メータの精度で制御される。
ビーム・ビーム相互作用からのバックグラウンドも、リニアコライダー実験に特有なも のであり、これをおさえるためのマスクシステムが衝突点の近傍に設置される。 バーテックス検出器は半径２．５ｃｍおよび７．５ｃｍの二層に置かれたシリコンＣＣＤ で構成される。ＣＣＤは二次元の 検出器であり、マイクロストリップに比べて密集したジェット内の粒子の再構成に有利 である。ピクセルサイズは２５ミクロンメートルで７．５ミクロンメートルの位置分解能を持つ。 この測定器案は、重心系エネルギー３００〜５００ＧｅＶでのｅ＋ｅ−実験をできるだけ早く開始する という条件のもとで、確立された技術の延長線上で設計したものであるが、現実的であ ると思われる範囲での限界に挑戦する測定器案であり、極めてチャレンジングなもので ある。
世界の第一線でトリスタン計画を遂行することで、現在我が国では、加速器、実験、理 論の全ての部門に於いて、電子・陽電子衝突実験の新しい分野を切り開く先駆的な計画 を遂行する十分な実力が蓄積されている。欧米がハドロンコライダーを推進している現 在、相補的である以上に十分な発見能力のあるＪＬＣを一刻も早く建設することが、 高エネルギー物理学に携わるものに課せられた使命である。