フェルミ国立加速器研究所テバトロン衝突型加速器 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 LINAC 200←0 MeV PS ↓p 0.2→8 GeV TEVATRON 150→900GeV p 8GeV MAIN RING p 8GeV →150GeV p 8GeV →150GeV p p p p
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 Design Report (1981年) 参加国:3 人数:87名 (大学・研究所: 13) 参加国:3 人数:87名 (大学・研究所: 13) 米国 57名 (9) イタリア 15名 (2) 日本 15名 (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 (大学・研究所: 41) 米国 276名 (22) イタリア 85名 (5) 日本 48名 (5) 11% スイス 6名 (1) カナダ 10名 (1) 台湾 13名 (1) ドイツ 10名 (1) 日本の内訳 参加大学・研究所 人数 筑波大学 27名(教官10名、大学院生17名) KEK 4名 大阪市立大学 7名 広島大学 7名 早稲田大学 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 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 END VIEW Drift Trajectories in a 15 kG Magnetic Field Wire Geometry for Axial Cell
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 Fe/Sci 32 layers 1.7m 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 0.1×15° 0.1×5°
CDF検出器の設計・建設 エンドプラグ電磁カロリメーター (1.1< |η| < 2.4 をカバー) エンドプラグ電磁カロリメーター (1.1< |η| < 2.4 をカバー) 擬ラピディティー η= -ln( tan(θ/2 ) ) 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 Proton- Antiproton Collisions” (10)中田方斉:博士論文(筑波大学 2001) “Measurement of the Diffractive Structure Function of the Antiproton in 1.8 TeV Proton-
ジェット事象の例 η
ジェット生成断面積 (88.8 pb-1) (20.0 pb-1)
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。
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) ・他実験で測定されたαs ・他実験との比較