偏極電子源の開発とZ^0エネルギー域の偏極実験

• 研究課題/領域番号: 04044076
• 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: PRESCOTT C.Y スタンフォード線型加速器センター, 教授 ; LEITH D.W.G. スタンフォード線型加速器センター, 教授 ; BREIDENBACH エム.アイ. スタンフォード線型加速器センター, 教授 ; BALTAY C. エール大学, 物理学部, 教授 ; 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 ; 高橋 徹 広島大学, 理学部, 助手 (50253050) ; 杉山 晃 名古屋大学, 理学部, 助手 (80187674) ; 長嶺 忠 東北大学, 理学部, 助手 (30212111) ; 末包 文彦 東北大学, 理学部, 助手 (10196678) ; 吉岡 正和 高エネルギー物理学研究所, 助教授 (50107463) ; 中西 彊 名古屋大学, 理学部, 助教授 (40022735) ; 鈴木 史郎 名古屋大学, 理学部, 助教授 (50089851) ; 湯田 春雄 東北大学, 理学部, 教授 (90108457) ; BALTY Charles Yale University, Professor ; PRESCOTT Charles Stanford Linear Accelerator Center, Professor ; LEITH David Stanford Linear Accelerator Center, Professor ; C Baltay エール大学, 物理学部, 教授 ; D W G S Leit スタンフォード線型加速器センター, 教授 ; M I Breidenb スタンフォード線型加速器センター, 教授 ; C Y Prescott スタンフォード線型加速器センター, 教授
• 研究期間 (年度): 1992 – 1994
• 研究課題ステータス: 完了 (1994年度)
• 配分額: 19,500千円 (直接経費: 19,500千円); 1994年度: 6,500千円 (直接経費: 6,500千円); 1993年度: 6,500千円 (直接経費: 6,500千円); 1992年度: 6,500千円 (直接経費: 6,500千円)
• キーワード: スタンフォード線型加速器センター(SLAC) / 電子・陽電子直線衝突型加速器(SLC) / SLAC大型汎用測定装置(SLD) / 偏極電子ビーム / Z^0ボゾン / 電弱相互作用 / 生成断面積の左右非対称度 / 素粒子の標準模型 / Z^0生成断面積の左右非対称度 / Bメソンの物理 / SLD実験 / 電子・陽電子消滅 / Z^0粒子 / 直線衝突型加速器 / 偏極実験 / ワインバーグ角

研究概要

スタンフォード線型加速器センター(SLAC)の電子・陽電子直線衝突型加速器(SLC)は、加速器のシステム全般にわたるフィードバックの強化、ダンピングリング真空チューブの改良などにより、ビーム衝突を昨年度より安定に長く保つことができるようになり、またフラットビーム衝突で強度が著るしく向上した(昨年の約2倍)。昨年度に引き続き、6月にビームを立ち上げ、衝突エネルギー92GeVで7月から本格的なデータ収集実験にはいり、本年2月までデータ収集を継続し、現在までにZ^0発生10万事象を収集した。最終目標は全部で百万事象の収集である。最近の加速器の運転状況は、前人未踏のリニアーコライダー技術の主要な難関を乗り越えたものとして高く評価されており、近い将来、TeV領域の大エネルギー加速器建設について明るい展望を与えるものとなった。
衝突点に設置した大型汎用測定装置(SLD)は、順調に稼働し、わが国の研究グループが建設に参加した中央ドリフトチェンバーは計画通りの粒子軌跡分解能をしめし、チェレンコフ・リング・イメージ検出器も解析技術の進展で次第に性能を高めている。とくにいちじるしい進歩は、新カソードによる偏極ビームのが理論的な限界近くまであがったことで、衝突点での実用偏極度は約75%に達した。本年度の新しいデータによってZ^0の生成断面積の左右非対称度の統計的誤差は、系統的誤差の限界近くまで高められる予定である。
昨年度(1993年度)の実験(約5万事象、偏極度65%)を解析した結果、
A_<LR>=0.1656±0.0073(統計的)±0.0032(系統的)
sin^2θ_W=0.2292±0.0009(統計的)±0.0004(系統的)
を得た。これはLEPの4つの実験をすべて統合したものとほぼ同じ統計的精度をもっており、またその結果とは標準偏差で2.4σだけ異なっている。この違いは、標準模型の検証にあたって極めて重要なポイントであり、両者のあいだの系統的誤差を徹底的に究明する必要がある。この値が正しいとすれば、トップクォークの質量(大きめ)とヒッグス粒子の質量(少なめ)に有意の差が生じ、従来の標準模型の入力パラメーターを一新する必要がある。実際、最近のフェルミ研究所の実験結果によれば、予想より大きいトップ質量となっている。今後の偏極度の測定精度の向上とデータ収集量によって、電弱相互作用の基本パラメーターであるsin^2θ_Wをその理論的限界の±0.0003の精度をもって決定できる可能性もでてきた。
SLDの3次元バ-テックス検出器は設計通り2.3ミクロンの位置分解能を達成しており、重いクォークの崩壊に関する結合定数や崩壊パラメーターを高い精度で決定できる。ドリフトチェンバーとバ-テックス検出器を組み合わせたトラッキングにより、2500個のBメソン対の発生事象について分岐比を測定した結果は、
R_b=0.259±0.023(統計的)±0.061(系統的)
を得た。この結果からみて、事象の収集が進み次第、Bメソンの物理の先駆的な研究が可能になる。そのためとくに、より広い検出領域をおおうバ-テックス検出器のグレードアップ計画が認められ、本年度後半から製作を開始した。このバ-テックス検出器は、来年度の実験から使用する予定で、Bメソンの物理に重要な役割を果たすことになる。
SLD実験で収集したQCD(量子色力学)ジェットについて、既存のすべての観測量を用い、さらに新しく考案したものを加えた包括的な解析を実施した結果、強い相互作用の結合常数α_Sが理論的な計算結果をしのぐ精度で決定された。
α_S=0.120±0.003(実験的誤差)±0.008(理論的誤差)
この結果は、ハドロン化および理論的計算の不定性の所在を改めて明らかにしたものである。
わが国では、名古屋大学、高エネルギー物理学研究所がSLACと協力して新しいカソードをもちいた実用偏極度85%以上の偏極電子源の開発研究を進めた。

研究成果

• [文献書誌] SLD Collaboration(K.Abe,et al.): "MEASUREMENT OF α_S(M^2_Z)FROM HADRONIC EVENT OBSERVABLES AT THE Z^0 RESONANCE." Phys.Rev.D51. 962 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] SLD Collaboration(K.Abe,et al.): "A SEARCH FOR JET HANDEDNESS IN HADRONIC Z^0 DECAYS," Phys.Rev.Lett.74. 512-516 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] SLD Collaboration(K.Abe,et al.): "PRECISE MEASUREMENT OF THE LEFT-RIGHT CROSS-SECTION ASYMMETRY IN Z BOSON PRODUCTION BY e^+e^- COLLISIONS." Phys.Rev.Lett.73. 25-29 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] SLD Collaboration(K.Abe,et al.): "MEASUREMENT OF α_S FROM ENERGY-ENERGY CORRELATIONS AT THE Z^0 RESONANCE." Phys.Rev.D50. 5580-5590 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] SLD Collaboration(K.Abe,et al.): "MEASUREMENT OF THE CHARGED MULTIPLICITY OF Z^0→BB EVENTS." Phys.Rev.Lett.72. 3145-3149 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] SLD Colaboration (K.Abe, et al.): "MEASUREMENT OF alpha_S (M^2_) FROM HADRONIC EVENT OBSERVABLES AT THE Z^0 RESONANCE." Phys.Rev.20GD01 : D51. 962 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] SLD Collaboration (K.Abe, et al.): "A SEARCH FOR JET HANDEDNESS IN HADRONIC Z^0 DECAYS." Phys.Rev.Lett.74. 512-1516 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] SLD Collaboration (k.Abe, et al.): "PRECISE MEASUREMENT OF THE LEFT-RIGHT CROSS-SECTION ASYMMETRY IN Z BOSON PRODUCTION BY e^+e^- COLLISIONS." Phys.Rev.Lett.73. 25-29 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] SLD Collaboration (K.Abe, et al.): "MEASUREMENT OF alpha_S FROM ENERGY-ENERGY CORRELATIONS AT THE Z^0 RESONANCE." Phys.Rev.D50. 5580-5590 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] SLD Collaboration (K.Abe, et al.): "MEASUREMENT OF THE CHARGED MULTIPLICITY OF Z^0*BB EVENTS." Phys.Rev.Lett.72. 3145-3149 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Abe,et al.: "Measurement of the charged multiplicity of Z^0→bb^^- events." SLAC-PUB-6372. 1-18 (1993)
• [文献書誌] H.Masuda,et al.: "A study of jet handedness at the Z^0 resonance." SLAC-PUB-6362 Submitted to Int.Europhysics Conf.on High Energy Physics,Marseille,France,Jul 22-28,1993.1-3 (1993)
• [文献書誌] Charles Y.Prescott,et al.: "e^+e^-Collisions at the SLC:the left-right asymmetry." SLAC-PUB-6355.Invited talk International Conference on Neutral Currents:Twenty Years Later,Paris,France,6-9 Jul 1993.1-12 (1993)
• [文献書誌] K.Abe,et al.: "A measurement of R_b=Γ(Z^0→bb^^-)/Γ(Z^0→hadrons)at SLD." SLAC-PUB-6292 Submitted to Int.Symp.on Lepton-Photon Interactions,Ithaca,NY,Aug10-15,1993.1-10 (1993)
• [文献書誌] Martin Breidenbach,et al.: "SLC and SLD:Experimental experience with a linear collider." SLAC-PUB-6313.Presented at 2nd International Workshop on Physics and Experiments with Linear e^+e^- Colliders,Waikoloa,HI,26-30 Apr 1993.1-18 (1993)
• [文献書誌] Marcello Piccolo,et al.: "SLD results from the study of polarized Z^0 produced at the SLC." SLAC-PUB-6285 Presented at Rencontres de la Valle d'Aoste,La Thuile,Italy,Mar 7-10,1993. 1-18 (1993)
• [文献書誌] K.Abe,et al.: "A measurement of α_S from jet rates at the Z^0 resonance." SLAC-PUB-6133 Phys.Rev.Lett.71. 2528-2532 (1993)
• [文献書誌] P.N.Burrows,et al.: "Studies of 〓CD B Physics and jet handedness at SLD." SLAC-PUB-6225 Presented at Rencontre de Moriond,〓CD and High-Energy Hadronic Interactions,Les Arcs,France,Mar 20-27,1993. 1-12 (1993)
• [文献書誌] R.D.Elia,et al.: "First measurement of the left-right asymmetry in Z boson production." SLAC-PUB-6169 Mod.Phys.Lett.A8. 2237-2248 (1993)
• [文献書誌] SLD Collaboration(K. Abe, et al.): "A Study of Energy-Energy Correlations and Measurement of Alpha-s at the ZO Resonance." SLAC-PUB-5905. 1-20 (1992)
• [文献書誌] SLD Collaboration(K. Abe, et al.): "A Study of Jet Rates and Measurement of Alpha-s at the Z^0 Resonance." SLAC-PUB-5904. 1-14 (1992)
• [文献書誌] SLD Collaboration(P.N. Burrows, et al.): "First QCD Results from SLD." SLAC-PUB-5802. 1-9 (1992)
• [文献書誌] SLD Collaboration(M.J. Fero): "The Compton Polarimeter for SLC." SLAC-PUB-6026. 1-5 (1992)
• [文献書誌] SLD Collaboration(K. Abe, et al.): "First Measurement of the Left-Right Cross-Section Asymmetry in Z Boson Production by e^+e^- collision." SLAC-PUB-6030. 1-30 (1992)
• [文献書誌] SLC Collaboration(P.N. Burrows): "Measurement of Spin-Sensitive Quantities in Hadronic Decays of Z^0 Bosons Produced in e^+e^- Annihilations." SLAC-PUB-6004. 1-7 (1992)