高エネルギー陽子反陽子衝突によるヒッグス粒子の探索

• 研究課題/領域番号: 14046203
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 金 信弘 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究料, 教授 (50161609)
• 研究分担者: 受川 史彦 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (10312795) ; 原 和彦 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 講師 (20218613) ; 丸山 和純 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 講師 (80375401) ; 滝川 紘治 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (00011635) ; 清矢 良浩 大阪市立大学, 理学研究科, 助教授 (80251031)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 196,100千円 (直接経費: 196,100千円); 2005年度: 20,100千円 (直接経費: 20,100千円); 2004年度: 22,600千円 (直接経費: 22,600千円); 2003年度: 61,300千円 (直接経費: 61,300千円); 2002年度: 92,100千円 (直接経費: 92,100千円)
• キーワード: ヒッグス粒子 / 陽子反陽子衝突実験(CDF) / 質量起源 / 超対称性理論 / 大統一理論 / 自発的な対称性の破れ / 国際協力実験 / トップクォーク / シリコン飛跡検出器 / 大統-理論

研究概要

「陽子反陽子衝突実験によるヒッグス粒子の探索(計画研究AO1)」では,米国フェルミ国立加速器研究所の陽子・反陽子衝突型加速器テバトロンおよびCDF検出器を用い,世界最大の重心系エネルギー2TeVでの陽子・反陽子衝突によって生じる事象の性質を調べることによって,素粒子物理研究を行う。2001年春より本実験が開始され,現在データ収集とそれに並行した物理解析が行われている。この間に12名の大学院生がこの研究で博士号を取得した。
ヒッグス粒子の間接探索としては,トップクォーク質量とWボソン質量の精密測定が行われており,これによってヒッグス粒子の質量が間接的に測定できる。2005年度にこれまでの約4倍のデータを解析して,しかもWボソンが2ジェットに崩壊する質量分布を用いて系統誤差を小さくして,トップクォーク質量を測定した。その結果,世界平均値よりも精度の高いトップクォークの質量173.5+2.7/-2.6(統計)±3.0(系統)GeV/c^2が得られた。この結果は2005年春に,米国フェルミ国立加速器研究所と高エネルギー加速器研究機構のインターネット・ニュースでも報道された。この測定結果とこれまでに測られているWボソンの質量を用いて,ヒッグス粒子の質量は91+45/-32GeV/c^2となり,質量上限値として186GeV/c^2が得られた。この上限値は2004年春時点でのヒッグス質量上限値251GeV/c^2を大幅に下げる結果となった。この研究に関する博士論文1編には、『2004年度筑波大学学長表彰』が与えられた。ほぼ同様のトップクォークの質量測定結果は力学的最尤法(Dynamical Likelihood Method)を用いた解析でも得られた。
直接ヒッグス粒子探索を行った結果、軽いヒッグス粒子(M_<Higgs>=120GeV/c^2)についてはWH随伴生成のチャンネルでヒッグスがボトムクォーク対に崩壊するモードで探索した結果、生成断面積上限として4.5pbを得ており、重いヒッグス粒子(M_<Higgs>=160GeV/c^2)についてはヒッグス直接生成のチャンネルでヒッグスがWボソン対に崩壊するモードで探索した結果、生成断面積上限として3.2pbを得ており、さらに高統計のデータを得ることが待たれる。
以上の物理解析の結果、ヒッグス粒子の質量の範囲を大きく狭めることに成功した。ヒッグス粒子直接探索についても、いくつかのチャンネルについて包括的に解析研究が行われて結果が出ている。今後4年間で現在までに解析したデータの20倍の高統計のデータを得る予定なので,その全データを用いての探索結果が期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Top Quark Mass Measurement Using the Template Method in the Lepton + Jets Channel at CDF II. (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Abulencia, S.Kim et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 72 ページ: 32003-32003
• [雑誌論文] Precision Top Quark Mass Measurement in the Lepton + Jets Topology in ppbar Collisions at sqrt s = 1.96TeV. (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Abulencia, S.Kim et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 96
• [雑誌論文] Measurement of the Cross Section for ttbar Production in ppbar Collisions using the Kinematics of Lepton + Jets Events. (2005)
  • 著者名/発表者名: D.Acosta, S.Kim et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 71 ページ: 52003-52003
• [雑誌論文] Search for Long-Lived Doubly-Charged Higgs Bosons in p anti-p Collisions at s**(1/2) = 1.96TeV. (2005)
  • 著者名/発表者名: D.Acosta, S.Kim et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 95 ページ: 71801-71801
• [雑誌論文] Measurement of the W+W- Production Cross Section in p anti-p Collisions at s**(1/2) = 1.96TeV using Dilepton Events. (2005)
  • 著者名/発表者名: D.Acosta, S.Kim et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 94
• [雑誌論文] Measurement of the J/psi Meson and b-Hadron Production Cross Sections in p anti-p Collisions at s**(1/2) = 1960GeV. (2005)
  • 著者名/発表者名: D.Acosta, S.Kim et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 71
• [雑誌論文] Search for Doubly-charged Higgs Bosons Decaying to Dileptons in p anti-p Collisions at s^<**>(1/2)=1.96-TeV. (2004)
  • 著者名/発表者名: D.Acosta, S.Kim et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 93
• [雑誌論文] Inclusive Search for Anomalous Production of High-p(t) Like-sign Lepton Pairs in p anti-p Collisions at s^<**>(1/2)=1.8-TeV. (2004)
  • 著者名/発表者名: D.Acosta, S.Kim et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 93
• [雑誌論文] Measurement of the t anti-t Production Cross Section in p anti-p Collisions at s^<**>(1/2)=1.96-TeV Using Dilepton Events. (2004)
  • 著者名/発表者名: D.Acosta, S.Kim et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 93
• [雑誌論文] Search for B0(s) ---> mu+ mu- and B0(d) ---> mu+ mu- Decays in p anti-p Collisions at s^<**>(1/2)=1.96-TeV. (2004)
  • 著者名/発表者名: D.Acosta, S.Kim et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 93
• [雑誌論文] Search for Pair Production of Scalar Top Quarks in R-parity Violating Decay Modes in p anti-p Collisions at s^<**>(1/2)=1.8-TeV. (2004)
  • 著者名/発表者名: D.Acosta, S.Kim et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 92
• [雑誌論文] Combination of CDF and D0 Results on W Boson Mass and Width. (2004)
  • 著者名/発表者名: V.M.Avazov, S.Kim et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 70
• [文献書誌] T.Acosta, S.Kim et al.: "Search for a W'Boson Decaying to a Top and Bottom Quark Pair in 1.8 TeV p-pbar Collisions"Physical Review Letters. 90. 081802-1-081802-6 (2003)
• [文献書誌] T.Acosta, S.Kim et al.: "Search for the Supersymmetric Partner of the Top Quark in Dilepton Events from p-pbar Collisions at sqrt{s}=1.8 TeV"Physical Review Letters. 90. 251801-1-251801-6 (2003)
• [文献書誌] D.Acosta, S.Kim et al.: "Search For Pair Production of Scalar Top Quarks in R-parity Violating Decay Modes in ppbar Collisions at sqrt{s}=1.8 TeV"Physical Review Letters. 92. 051803-1-051803-6 (2004)
• [文献書誌] D.Acosta, S.Kim et al.: "Search for Lepton Flavor Violating Decays of a Heavy Neutral Particle in p anti-p Collisions at s^<**>(1/2)=1.8TeV"Physical Review Letters. 91. 171602-1-171602-6 (2003)
• [文献書誌] D.Acosta, S.Kim et al.: "Search for Associated Production of Upsilon and Vector Boson in p anti-p Collisions at s^<**>(1/2)=1.8TeV"Physical Review Letters. 90. 221803-1-221803-6 (2003)
• [文献書誌] D.Acosta, S.Kim et al.: "Search for Long-lived Charged Massive Particles in p anti-p Collisions at s^<**>(1/2)=1.8 TeV"Physical Review Letters. 90. 131801-1-131801-6 (2003)
• [文献書誌] T.Affolder, S.Kim, et al.: "Search for Gluinos and Scalar Quarks in pp collisions at sqrt(s)=1.8TeV Using the Missing Energy plus Multijets Signature"Physical Review Letters. 88. 041801-1-041801-6 (2002)
• [文献書誌] T.Affolder, S.Kim, et al.: "Search for New Heavy Particles in the WZ^0 Final State in pp Collisions at sqrt(s)=1.8TeV"Physical Review Letters. 88. 071806-1-071806-6 (2002)
• [文献書誌] D.Acosta, S.Kim, et al.: "Limits on Extra Dimensions and New Particle Production in the Exclusive Photon and Missing Energy Signature in pp Collisions at sqrt(s)=1.8TeV"Physical Review Letters. 89. 281801-1-281801-6 (2002)
• [文献書誌] D.Acosta, S.Kim, et al.: "Search for New Physics in Events with a Photon and b-quark jet at CDF"Physical Review Letters. 89. 041802-1-041802-6 (2002)
• [文献書誌] D.Acosta, S.Kim, et al.: "Study of the Heavy Flavor Content of Jets Produced in Association with W Bosons in pp Collisions at sqrt(s)=1.8TeV"Physical Review D. 65. 052007-1-052007-26 (2002)
• [文献書誌] D.Acosta, S.Kim et al.: "Search for Single-Top-Quark Production in pp Collision at ssqrt(s)=1.8TeV"Physical Review D. 65. 091102(R)-1-091102(R)-6 (2002)