SLAC・SLD測定器による電子・陽電子衝突実験

• 研究課題/領域番号: 01044064
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 梶川 良一 名古屋大学, 理学部, 教授 (40022537)
• 研究分担者: SHAPIRO Stev スタンフォード線型加速器センター, 準教授 ; JOHNSON Anth ボストン大学, 準教授 ; YOUNG Charli スタンフォード線型加速器センター, 準教授 ; ROCHESTER Le スタンフォード線型加速器センター, 準教授 ; PRESCOTT Cha スタンフォード線型加速器センター, 教授 ; LEITH David スタンフォード線型加速器センター, 教授 ; 藤本 順平 高エネルギー物理学研究所, 助手 (90202291) ; BREIDENBACH マーチン スタンフォード線型加速器センター, 教授 ; DUBOIS Richa スタンフォード線型加速器センター, 準教授 ; ASTON David スタンフォード線型加速器センター, 研究員 ; 松井 隆幸 高エネルギー物理学研究所, 助教授 (10165748) ; 高橋 徹 スタンフォード線型加速器センター, 研究員 ; 川原 英明 スタンフォード線型加速器センター, 研究員 ; 増田 裕昭 スタンフォード線型加速器センター, 研究員 ; 末包 文彦 東北大学, 理学部, 助手 (10196678) ; 長谷川 勝夫 東北大学, 理学部, 助教授 (70004463) ; 阿部 浩也 東北大学, 理学部, 助教授 (60004412) ; 湯田 春雄 東北大学, 理学部, 教授 (90108457) ; 杉山 晃 名古屋大学, 理学部, 助手 (80187674) ; 鈴木 史郎 名古屋大学, 理学部, 助教授 (50089851) ; PRESCTT Char スタンフォード線型加速器センター, 教授
• 研究期間 (年度): 1989 – 1991
• 研究課題ステータス: 完了 (1991年度)
• 配分額: 12,000千円 (直接経費: 12,000千円); 1991年度: 4,500千円 (直接経費: 4,500千円); 1990年度: 4,000千円 (直接経費: 4,000千円); 1989年度: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
• キーワード: 電子・陽電子衝突 / SLAC直線衝突型加速器(SLC) / SLAC大型汎用測定装置(SLD) / 中央ドリフト・チェンバ-(CDC) / チャレンコフ・リング像検出器(CRID) / Z^0生成 / 素粒子の標準模型 / 偏極電子ビ-ム / SLAC直線型電子・陽電子衝突加速器(SLC) / 中央ドリフトチェンバ-(CDC) / チェレンコフリング像検出装置(CRID) / 中性ウイ-クボゾン(Z^0) / 電弱相互作用 / 小林一益川理論

研究概要

いま高エネルギ-物理学のもっとも重要な課題は、素粒子の標準理論の精密な検証である。この模型は100GeV域までの実験デ-タをよく再現するが、模型の基本であるHiggs粒子は発見されておらず、またtopクォ-クも発見されていない。模型は実験的にしか決定できないパラメ-タ-を数多く含んでおり、理論の形態としてもTeV領域まで拡張した場合には「理論の不自然さ」と呼ばれる大きな困難を内蔵している。このように謎に満ちた標準模型の検証にあたっては、いまのところ中性ウイ-クボゾンZ^0の生成・崩壊から、その重要なパラメ-タ-であるsin^2θ_w(ワインバ-グ角)を正確に決定し、計算値と実験の精密な比較を行なうのがもっとも正統的な方法である。このパラメ-タ-は、偏極した電子と陽電子の衝突によるZ^0ボゾン生成断面積の前後方非対称度に非常に敏感なので、10^4〜10^5個のZ^0事象を収集すれば、0.3〜0.1%の精度で決定することが可能になり、最も信頼できるデ-タを得ることができる。また偏極ビ-ムによる実験は、非偏極実験と同じパラメ-タ-を新しい物理量の測定で決定するため、一つの実験だけでは正しく評価できない系統的誤差をチェックできる大きなメリットがある。
SLAC/SLC加速器は世界で唯一の偏極電子ビ-ム(約50%)による電子・陽電子衝突が可能な施設であり、SLDグル-プは国際協力によりこの実験のために最適化した測定装置を建設した。本研究では、主軌跡検出装置である中央ドリフトチェンバ-(CDC)と粒子を識別するためのチェレンコフ・リング像式粒子識別装置(CRID)は分担した。建設作業を進め、CDCは平成2年9月に完成し、CDIDは平成2年の末に本体部分が完成し、平成3年は両者ともSLD本体のなかに組み込んだ。その後、宇宙線による総合的なテストを行ない、必要な較正と修正を加えてビ-ムによるテスト実験に備えた。その後、平成3年2月5日にSLC加速器衝突点へ移動し、現場における総合調整を4月の中旬まで続行した。
4月はじめからSLC加速器のビ-ム調整にはいり、中旬からは加速器調整と測定装置の調整とを交互におり混ぜながら7月末まで調整ランを実施した。そのデ-タをただちに解析して、8月から9月末の加速器運転停止期間中の測定器の改善と較正作業に利用した。またこの停止期間中にCRIDのための複雑なガス循環・純化系を組み込み、紫外線領域のチェレンコフ光に敏感なTAMAEガスを本体に混入して、通過する宇宙線粒子(最小イオン化)による明瞭なチェレンコフ・リング像の検出に成功した。
平成3年10月から12月にかけて実験を再開し、とりあえず非偏極ビ-ムによる準本番実験を行なった。この実験の実際のデ-タ収集時間は実効103時間であったが、収集したZ^0事象は全部で363個、大角度のBhabha事象は85、前方のルミノシティBhabha事象は909個あった。CDC測定器は軌跡再構成に成功し、Z^0事象の同定に重要な役割を果たした。この実験から、CDCの局所的な位置分解能は97μm、全体の総合分解能は123μm、ドリフト距離と分解能の関係についても予想どおりの成果が得られた。まず局所的なミニセル間の位置較正がまだ済んでいないため、最終的に総合的な分解能として35μmが得られるはずである。
この最初の調整実験の結果、SLDが十分な性能をもつ測定器であることが確認され、本番実験の準備が整ったといえる。平成4年度の始めから7月にかけての本番実験では、加速器が順調に稼動して35%台の偏極電子ビ-ムにより120Hz運転で50事象/時のZ^0生成率が得られれば、年度内に当面の目的である10^4個のZ^0収集が期待できる。これからsin^2θ_wを約0.3%の誤差で決定する予定である。

研究成果

• [文献書誌] P.Antilogus et al.: "Monitor and Control System for the SLD Cherenkov Ring-Imaging Detector" SLAC-Pub-5105. (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] J.Hoeflich et al.: "Disign and Construction of the Frontend Electronics Data Acquisition for the SLD Crid" SLAC-Pub-5280. (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Abe et al.: "Production of 400 Mirrors with VUV Reflectivity for Use in the SLD Cherenkov ring Imaging Detector" SLAC-Pub-5199. (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Cavalli-Sforza et al.: "Construction and Testing of the SLD Cerenkov Ring Imaging Detector" SLAC-Pub-5123. (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Abe et al.: "Progress and Commissioning of the SLD Cherenkov Ring-Imaging Detector" SLAC-Pub-5642. (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Abe et al.: "Performance of the Frontend Electronics and Data Acquisition System for the SLD Cerenkov Ring Imaging Detector" SLAC-Pub-5679. (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] P.Antilogus et al.: "Conponent and System Tests of the SLD Cherenkov Ring Imaging Detector" SLAC-Pub-5363. (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Abe et al.: "Initial Performance of the SLD Cherenkov Ring-Imaging Detector System" SLAC-Pub-5680. (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] P. Antilogus et al.: "Monitor and Control System for the SLD Cherenkov Ring-Imaging Detector." SLAC-Pub-5105. (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J. Hoeflich et al.: "Design and Construction of the Frontend Electronics Data Acquisition for the SLD Crid." SLAC-Pub-5280. (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K. Abe et al.: "Production of 400 Mirrors with VUV Reflectivity for Use in the SLD Cherenkov Ring Imaging." SLAC-Pub-5199. (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M. Cavalli-Sforza et al.: "Construction and Testing of the SLD Cerenkov Ring Imaging Detector." SLAC-Pub-5123. (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K. Abe et al.: "Progress and Commissioning of the SLD Cherenkov Ring-Imaging Detector." SLAC-Pub-5642. (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K. Abe et al.: "Performance of the frontend Electronics and Data Acquisition System for the SLD Cerenkov Ring Imaging Detector." SLAC-Pub-5679. (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] P. Antilogus et al.: "Conponent and System Tests of the SLD Cherenkov Ring Imaging Detector." SLAC-Pub-5363. (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K. Abe et al.: "Initial Performance of the SLD Cherenkov Ring-Imaging Detector System." SLAC-Pub-5680. (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] P.Antilogus: "Component and System Tests of the SLD Cerenkov Ring Imaging Detector" SLACーPUBー5365ーREV. (1991)
• [文献書誌] P.Antilogus: "Cerenkov Ring Imaging Detector Frontend Electronics" SLACーPUBー5120. (1990)
• [文献書誌] M.CavalliーSforza: "Construction and Testing of the SLD Cerenkov Ring Imaging Detector" IEEE Trans.Nucl.Sci.37. 1132-1141 (1990)
• [文献書誌] K.Abe: "Production of 400 Mirrors with High VUV Reflectivity for Use in the SLD Cerenkov Ring Imaging Detector" Nucl.Instrum.Methods Submitted.
• [文献書誌] K.Abe: "Electrostatic Design of the Barrel CRID and Associated Measurements" SLACーPUBー5214. (1990)
• [文献書誌] P.Antilogus: "Monitor and Control System for the SLD Cerenkov Ring Imaging Detector" Nucl.Instrum.Meth.A293. 136-144 (1990)
• [文献書誌] D.Aston: "Development and Construction of the SLD Cerenkov Ring Imaging Detector" Nucl.Instrum.Meth.A283. 582-589 (1989)
• [文献書誌] D.Aston: "Development of CRID Single Electron Wire Detector" Nucl.Instrum.Meth.A283. 590- (1989)
• [文献書誌] Martin Breidenbach: "A Status Report on the SLD Data Acquisition System" IEEE Trans Nucl.Sci.36. 23-28 (1989)
• [文献書誌] D.Aston: "Progress Report on Cerenkov Ring Imaging Detector Developemnt" IEEE Trans Nucl.Sci.36. 276-282 (1989)