第１回「アインシュタインの物理」でリンクする研究・教育拠点研究会 ２００８年１０月１１日 （土） 高エネルギー物理学研究室 清矢良浩

Presentation on theme: "第１回「アインシュタインの物理」でリンクする研究・教育拠点研究会 ２００８年１０月１１日 （土） 高エネルギー物理学研究室 清矢良浩"— Presentation transcript:

1 第１回「アインシュタインの物理」でリンクする研究・教育拠点研究会 ２００８年１０月１１日 （土） 高エネルギー物理学研究室 清矢良浩
CDF実験における余剰次元探索 第１回「アインシュタインの物理」でリンクする研究・教育拠点研究会 ２００８年１０月１１日 （土） 高エネルギー物理学研究室　清矢良浩

2 重力相互作用の強さ プランク質量：

3 重力相互作用の強さ ( = 微細構造定数) 　　　　　　において重力は他の相互作用 と同程度に強くなる

4 電弱相互作用スケール 電弱ゲージ相互作用の媒介粒子： 電弱ゲージ対称性の破れの質量スケール

5 階層性問題 ＞１０１６ ＧｅＶをカバーする安定な理論を構築できるか？ なぜ なのか？
＞１０１６　ＧｅＶをカバーする安定な理論を構築できるか？ なぜ　　　　　　　　　なのか？ 標準模型には問題あり（fine tuning, 自然さ問題） 超対称性，テクニカラーなどの新現象の提案

6 余剰次元の提案 N. Arkani-Hamed, S. Dimopoulos, G. Dvali （ＡＤＤ）
Phys. Lett. B 429 (1998) 263 “大きな”余剰次元（LED=Large Extra Dimension） 4+n次元 L. Randall and R. Sundrum　（ＲＳ） Phys. Rev. Lett. 83 (1999) 3370 “ゆがんだ”余剰次元 5次元

7 ４＋ｎ次元における重力ポテンシャル 真に基本的な重力定数 余剰次元のサイズを　　　とすると 　　　　　　の巨視的空間では

8 “大きな”余剰次元=LED (ADD) 小さな　　　は適当に大きな余剰次元のためであり 　　　は必ずしも小さくない　　　　　　　　　 とおくと のとき

9 “大きな”余剰次元=LED (ADD) 万有引力の法則の直接検証は 程度 重力相互作用のみ可能な，適当に大きな余剰次元
万有引力の法則の直接検証は　　　　　　　　程度 （今は10m程度） 重力相互作用のみ可能な，適当に大きな余剰次元 　は検証・排除されていない 電弱スケールと重力スケールは同程度，つまり 　基本的スケールは１つのみ

10 LED (ADD) の現象論 終状態における消失エネルギーの発生 ではブラックホール蒸発
余剰次元内にたくさんの励起モード(Kaluza-Kleinモード) 中性で重力相互作用のみ （n=1の場合） 終状態における消失エネルギーの発生 　　　　　　　　　　　　　　　ではブラックホール蒸発

11 ゆがんだ余剰次元（ＲＳ） 余剰次元方向へ激しく変化する計量 標準模型の粒子 宇宙項

12 粒子の真の基本的な質量スケールを とすると
ゆがんだ余剰次元（ＲＳ） 粒子の真の基本的な質量スケールを　　　とすると とすると 程度で

13 ゆがんだ余剰次元（ＲＳ）の現象論 Massive Kaluza-Kleinモード（ＲＳグラヴィトン）
オーダー１の結合定数　（パラメター＝　　　　　） 標準模型の粒子への崩壊

14 物質粒子 電荷 2/3 1/3 1 ハドロン バリオン メソン

15 物質粒子 1 GeV 100 GeV 質量 mN~1GeV/c2

16 Fermilab Notes 敷地 ~ 5 km x 5 km

17 超伝導加速器テバトロン クウェンチしばしば

18 テバトロン陽子・反陽子衝突器 36 x 36 バンチ （最小）バンチ間隔 = 396 ns (~120 m)， 平均1.7ＭＨｚ
１バンチサイズ: 半径 ~ 30 m, 長さ ~ 60cm バンチあたり：Np ~ 260109, Npbar ~ 60109 （最小）バンチ間隔 = 396 ns (~120 m)， 　　平均1.7ＭＨｚ ビームエネルギー = 980 GeV 約２４時間ごとにビーム廃棄及び入射

19 反応断面積とルミノシティー 事象数＝反応断面積  ルミノシティー ＝   L
（ビーム強度） 　断面積の単位の例：　pb （ピコバーン）= 1012b = 1036 cm2 　ルミノシティーの単位：　pb1　など 　瞬間ルミノシティー：　1032 cm2/s = 0.1 nb1/s （現在の性能：１時間あたりトップクォーク生成事象数～７）

20 最大瞬間ルミノシティー Design = 21032　cm2/s

21 積分ルミノシティー Total 5 fb1

22 陽子・反陽子衝突の描像 電子など “T” = transverse   q, g q, g q, g Hadronization
横運動量　　　　（PT=Psin） “横”エネルギー(ET=Esin） 散乱の激しさを 表す “T” = transverse  q, g q, g 素粒子レベル の反応断面積 ビーム軸 q, g Hadronization クォーク・グルーオン のハドロンへの転化。 方向的に集中した 粒子群（ジェット） として観測。 K 

23 陽子・反陽子衝突 Process Cross-section Rate （1032 cm-2/s の場合） Inelastic pp
Inclusive jets (ET>40) ppbb pp→WX →(e)X pp→tt pp→WH (if MH=115GeV) pb pb 50000 pb 2500 pb 7 pb 0.2 pb 6.0 MHz 25 Hz 5 Hz 0.25 Hz Hz Hz

24 陽子・反陽子衝突

25 CDF = Collider Detector at Fermilab

26

27

28

29

30

31

32

33 CDF実験の歴史 日、米、伊の国際協力実験として始まる。 積分ルミノシティー 共同実験者数 １９８１．１ １９８４－８５ １９８５．１０
１９８７．１－８７．５ １９８８．６－８９．５ １９９０－９２ １９９２．４－９３．５ １９９３．１２－９５．８ １９９５．１０－９６．２ －２０００．秋 ２０００．秋－０１．春 ２００１．３－ 設計報告書 テストビーム 最初の陽子・反陽子衝突 テストラン。最初の物理。 Run　0 Run　Ia Run　Ib Run　Ic 検出器増強 立ち上げ Run　II (~20 events) ２５　ｎｂ－１ ４．４　ｐｂ－１ １９　ｐｂ－１ ８０　ｐｂ－１ ７　ｐｂ－１ ～5000　ｐｂ－１ ８７名 １９０名 ３５８名 ～７５０名 　　スタッフ～４５０ 　　学生　　～３００

34 CDF Detector Total 1 M channels

35 CDF検出器 消失横エネルギー

36

37

38

39 LED探索：γ＋消失エネルギー

40 LED探索：ジェット＋消失エネルギー

41 LED探索結果

42 RSグラヴィトン探索： ２つのμ粒子の不変質量分布に共鳴を探す プロットは 質量の逆数

43 RSグラヴィトン探索結果：

44 RSグラヴィトン探索：

45 RSグラヴィトン探索結果：

46 RSグラヴィトン探索結果：

47 RSグラヴィトン探索：

48 まとめ 95% C.L. 95% C.L.