素粒子は、宇宙に存在するあらゆる物質の「素」です。したがって、その（特に、初期宇宙に近い、高エネルギーな状態での）性質の解明は、宇宙がどのように始まり、どう発展していったか？を実験室で探るということです。現在の素粒子標準模型は、17種類の素粒子と3つの力で構成された枠組みで、1970年代に完成しました。この理論は、その後数々の素粒子の存在や素粒子現象を予言し、非常に成功した理論ですが、一方で宇宙の物質生成や暗黒物質・暗黒エネルギーの存在を説明できない、重力が組み込まれていない等、明らかに不完全な理論であり、これは「究極の素粒子理論の低エネルギー近似」に過ぎないということも自明です。この、素粒子標準模型のほころびを掴むことが、現在の素粒子実験における最重要課題です。
高エネルギーな世界における素粒子現象を明らかにするもっとも率直な方法は、高エネルギーな状態をつくり出し、そこで発生した素粒子現象を直接観測することです。そのための強力なツールが、荷電粒子を高エネルギーになるまで加速し、衝突させる「加速器」です。加速器実験では、どうしても大掛かりな実験装置が必要となり、したがってそれを実現するために世界中の研究者で協力して1つの実験を遂行します。スイス・CERN研究所の大型ハドロン衝突型加速器（Large Hadron Collider、LHC）は、世界で最も高い13.6 TeVでの衝突実験を行っていますが、本研究室ではこのLHCを用いた国際共同実験ATLASを、主な研究の舞台としています。
- データ解析研究：ATLAS実験が収集したデータを用い、ヒッグス粒子の精密測定や新粒子の探索を行う。また、人工知能などの新技術を応用した新しい解析手法を開発する。
- 検出器開発研究：高輝度LHCやさらにその先の次世代素粒子実験に向けた飛跡検出器を開発する。特に半導体による新しい検出器技術の開発に挑戦する。
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