Transcript 集中講義3-1 - 筑波大学素粒子実験室

２TeV陽子反陽子衝突実験（CDF実験）
フェルミ国立加速器研究所テバトロン衝突型加速器
を用いた実験。 Collider Detector at Fermilab
フェルミ研究所の加速器
RUN2（2001～）より0.98TeV
主リング入射器 150GeV
RUN2（2001～）より使用
FERMILAB TEVATRON pp
COLLIDER（RunI)
DEBANCHER
ACCUMULATOR
~1×1010p/hr
s  1.8 TeV
PS
LINAC
200←0 MeV
↓p
0.2→8 GeV
p 8GeV
MAIN RING
p 8GeV
→150GeV
p 8GeV
→150GeV
N p 18010 9 N p  90 10 9
 R  60m  L  35cm
f rev  1 21s
p
p
p
p
n # of bunches 6(`88 `89Run )
(` 92 ` 93Run )
N N
L  p 2p  f rev  n  9 1030cm2s1
4 R
T1 2  15hours
 Ldt  360nb
1
PERSPECTIVE VIEW OF CDF
TOTAL WEIGHT 5,000 t
READOUT 100,000 ch
H
W
L
2,000 t 9.4m×7.6m×7.3m
CDF Detector Evolution
1992~1996
L ~ 2×1031cm-2sec-1
2001~
CDF Run I
Detector
CDF実験グループメン
バー
Report （1981年）
Design
参加国：３
米国
イタリア
日本
人数：87名
57名
15名
15名
（大学・研究所： 13）
（9）
（2）
（2）
17％
Engineering Run （1988年時点）
参加国：３
人数：189名
（大学・研究所： 17）
米国
146名
（13）
イタリア
24名
（2）
日本
19名
（2） 10％
Run１ （1998年時点）
参加国：７
人数：445名
米国
276名
イタリア
85名
日本
48名
スイス
6名
カナダ
10名
台湾
13名
ドイツ
10名
日本の内訳
参加大学・研究所
筑波大学
KEK
大阪市立大学
広島大学
早稲田大学
（大学・研究所： 41）
（22）
（5）
（5） 11％
（1）
（1）
（1）
（1）
人数
27名（教官10名、大学院生17名）
4名
7名
7名
3名
その後、参加した大学・研究所
ITEP（ロシア）、Glasgow(英)、Oxford(英)、
College of London(英)、KHEL(韓国）、岡山大学（日本）
Central Tracking Chamber
END VIEW
1.3m Radius × 3.2m Long
84 Layers of sense wires
↓
9 super layers
( 5 AXIAL + 4 STEREO)
±3°
Total Number of
Sense Wires ~ 6,156
Wire Geometry for
Axial Cell
PT
 0.0011PT ( GeV c )
PT
for vertex constraine d tracks
Drift Trajectories in a 15 kG
Magnetic Field
Silicon Vertex
Detector(SVX)
Microstrip
detector
4 layers
Silicon Vertex Detector
・55 - 60 μm pitch in φ
・85 mm long ×6 in Z
・4 layers ( r = 3 cm - 7.9 cm)
Calorimeter activity
( EM + Had)
: global tracks
simulation
testbeam
Tracks with PT > 5 GeV/c
Spread of beam
position
Central EM and Hadron Calorimeter
48 “Wedge” Modules (15 tons/Module)
CHA
1.7m
Fe/Sci
32 layers
CEM
3mm Lead /
5mm Scintillator
Sandwich
31 layers
CES(Strip Chamber)
End Plug EM Calorimeter
Isometric View
of a Quadrant
3 mm t Pb/Propotional Chamber
with Cathode Pad Readout
8,720
channels
7mm × 7mm
50μm Anode Wire
The Coverage of the Calorimeter
Towers inη-φ Space
 coverage
 
0.1×15°
0 ~ 4.2
0.1×5°

   ln tan 

2
CDF検出器の設計・建設
エンドプラグ電磁カロリメーター
擬ラピディティー η= -ln( tan(θ/2 ) )
（1.1< |η| < 2.4 をカバー）
θ=36° ⇔ η=1.1(-1.1)
θ=10° ⇔ η=2.4(-2.4)
協同：KEK、筑波大物理
導電性プラスチックチューブ・比例係数チェンバーの開発・設計・建設、
読み出しエレクトロニクス、宇宙線テスト、ビームテスト、
粒子同定アルゴリズム
中央電磁カロリメーター
（1.1< |η| < 2.4 をカバー）
協同：ANL、Fermilab、 Rutgers、Pennsylvania、佐賀大、KEK、筑波大物理
シンチレーター、波長変換プレート、宇宙線テスト、
ビームテスト、粒子同定アルゴリズム
衝突点（バーテックス）飛跡検出器
協同：Chicago、Fermilab、Purdue 、筑波大物理
読み出しエレクトロニクス、ビームテスト、飛跡再構成アルゴリズム
超伝導ソレノイドコイル
協同：筑波大物工、Fermilab、日立（株） 、筑波大物理
アルミ安定化 NbTi / Cu 超伝導線、3m 直径× 5m 長、1.5T
パートン素過程の例
陽子反陽子衝突で調べることができる物理は豊富
強い相互作用の物理
CDFにおける主なQCDの物理
１．ジェット生成（包含ジェット、２ジェット、多重ジェッ
ト）
２．光子生成（単一光子、２光子、光子＋チャーム）
３．Ｗ / Z+Jets生成
４．結合定数αｓの測定
５．回折散乱
日本グループの貢献
（１）高野幹男：博士論文（筑波大学 1994）
“Measurement of the Cross Section for Production of Two Isolated Prompt Photons in
1.8 TeV Proton-Antiproton Collisions”
（２）大石竜太郎：博士論文（筑波大学 1995）
“Measurement of the Cross Section for Charmed Meson Production Associated with
a Prompt Photon in 1.8-TeV Proton-Antiproton Collisions”
（３）猪野隆：博士論文（筑波大学 1996）
“Measurement of Prompt Photon Production in 1.8 TeV Proton-Antiproton Collisions”
（４）浅川高史：博士論文（筑波大学 1996）
“Properties of High-Mass Multijet Events in 1.8-TeVProton-Antiproton Collisions”
（５）秋元秀美：博士論文（早稲田大学 1997）
“A study of Production and Fragmentation of Jet at 1.8 TeV Proton-Antiproton
Collider”
（６）高野剛：博士論文（筑波大学 1997）
“Measurement of the Cross Secton for Diphoton in 1.8 TeV Proton-Antiproton
Collisions”
（７）岡部正和：博士論文（筑波大学 1998）
“Measurement of the Strong Coupling Constant from Two Jet Production Cross Section
in 1.8 TeV Proton-Antiproton Collisions”
（８）池田拓史：博士論文（筑波大学 1999）
“Observation of Diffractive Bottom Quark Production in 1.8 TeV Proton-Antiproton
Collisions”
（９）寺師弘二：博士論文（筑波大学 2000）
“Observation of Dijet Production by Double Pomeron Exchange in 1.8 TeV ProtonAntiproton Collisions”
ジェット事象の例
η
 
  ln tan
 2 
ジェット生成断面
積
 1

 





 d 2 

d
dE
d

 T 
(88.8 pb-1)
(20.0 pb-1)
s  1800GeV
s  1800GeV
2ジェット生
成
●高質量領域に現れる新しい物理（例えば
Quark Compositeness）の探索。
●2ジェット生成各分布で調べる。
1 cos*

1 cos*
２光子生成断面積
p p → γγ + X
・２光子系不変質量分布
・２光子系 PT 分布
２ジェット生成による結合定数αsの測定
・包含２ジェット生成 p p → jet jet + X
１つのジェットは、ET > 20 GeV、0.1 < |η| < 0.7
第２のジェットは、ET > 10 GeV、0.1 < |η| < 3.0
・包含２ジェット生成断面積
・結合定数のランニングとαs(MZ)
・他実験との比較
・他実験で測定されたαs