高エネルギーep衝突による電弱相互作用の研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08044059
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 山田 作衛 東京大学, 原子核研究所, 教授 (70011658)
• 研究分担者: WOLF Guenter DESY, 主任研究員 ; SCIULLI Fran コロンビア大学, 教授 ; CASHMORE Rog オックスフォード大学, 教授 ; 椎野 二男 東京大学, 原子核研究所, 助手 (20092231) ; 久世 正弘 東京大学, 原子核研究所, 助手 (00225153) ; 石井 孝信 東京大学, 原子核研究所, 助手 (90134650) ; 鶴貝 達政 明治学院大, 一般教育部, 専任講師 (50267366) ; 徳宿 克夫 東京大学, 原子核研究所, 助教授 (80207547) ; 浜津 良輔 東京都立大学, 理学部, 助教授 (20087092) ; 広瀬 立成 東京都立大学, 理学部, 教授 (70087162)
• キーワード: 電弱相互作用 / 電子陽子衝突 / 標準模型 / HERA / ZEUS / レプトクォーク / W、Z粒子 / 陽子構造関数

研究概要

ドイツDESY研究所に建設された世界初の電子陽子衝突装置HERAにおいて、ZEUS測定器を用いて電磁相互作用と弱相互作用の設定を国際協力で行った。この衝突では4元運動量移行の2乗(Q^2)の値が10^5GeV^2に達する。Q^2の大きな領域の散乱には、光子とZ粒子交換による中性流反応と、W交換粒子による荷電流反応に起因するものがある。両者の断面積を測定し標準理論とのずれを調べる事で、電弱相互作用の系統的な研究を行った。
この領域での反応頻度は非常に低いため、効率よくデータを集める必要がある。我々はデータ収集に関して初段トリガーを中心に、衝突装置運転期間中データ収集系の改善に努めた。特に荷電流反応への感度をあげ、より広い運動学的領域を研究可能にした。データ収集は順調に進み、15pb-1の総ルミノシティーに当たるデータを収集できた。
解析も順調に進行し、中性流のデータに関して最初の結果を2月末に投稿した(プレプリント番号DESY97-25)。その結果は、高いQ^2(>35000GeV^2)の中性流の事象が、標準模型による予測積算量(0.2事象以下)を大幅に上回る、2事象が検出されたという予想外のものであった。これが統計的なふらつきで起こる確率は1%以下であり、標準理論を超える、例えば新しい相互作用や、レプトン数とカラーを同時に持った粒子(レプトクォーク)の存在による可能性もある。現在の統計ではまだ確定的な事が言えないが、今後より多くのデータを得て研究を進めるべき方向が明らかになった。
前年度までにとったデータを含めた解析も順調に進み、平成7年度までのデータでの荷電流事象の断面積の測定を論文として発表した。この時点の統計では標準理論との不一致はなかった。また、Q^2の低い領域のデータの解析でも、陽子の構造関数の測定などで多くの結果を得た。これらも高いQ^2の現象を理解する上でも非常に重要なものである。

研究成果

• [文献書誌] ZEUS Collaboration,M.Derrick et al.: "Measurement of Elastic φ Photoproduction at HERA." Phys.Lett.B377. 259-272 (1996)
• [文献書誌] ZEUS Collaboration,M.Derrick et al.: "Measurement of the Diffractive Cross Section in Deep Inelastic Scattering." Z.Phys. C70. 391-412 (1996)
• [文献書誌] ZEUS Collaboration,M.Derrick et al.: "Measurement of the Reaction γ^*p→φp in Deep Inelastic e^+p Scattering at HERA." Phys.Lett.B380. 220-234 (1996)
• [文献書誌] ZEUS Collaboration,M.Derrick et al.: "Measurement of the F_2 Structure Function in Deep Inelastic e^+p Scattering using 1994 Data from the ZEUS Detector at HERA." Z.Phys.C72. 399-424 (1996)
• [文献書誌] ZEUS Collaboration,M.Derrick et al.: "Dijet Angular Distibutions in Resolved and Direct Photoproduction at HERA." Phys.Lett.B384. 401-413 (1996)
• [文献書誌] ZEUS Collaboration,M.Derrick et al.: "Study of Charged-Current ep Interactions at Q^2>200GeV^2 with the ZEUS Detector at HERA." Z.Phys.C72. 47-64 (1996)