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CDF 実験における余剰次元探索

CDF 実験における余剰次元探索. 第１回「アインシュタインの物理」でリンクする研究・教育拠点研究会 ２００８年１０月１１日 （土） 高エネルギー物理学研究室　清矢良浩. 重力相互作用の強さ. プランク質量：. 重力相互作用の強さ. ( = 微細構造定数 ). 　　　　　　において重力は他の相互作用 と同程度に強くなる. 電弱相互作用スケール. 電弱ゲージ相互作用の媒介粒子：. 電弱ゲージ対称性の破れの質量スケール. 階層性問題. ＞１０ １６ 　ＧｅＶをカバーする安定な理論を構築できるか？ なぜ　　　　　　　　　なのか？.

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  1. CDF実験における余剰次元探索 第１回「アインシュタインの物理」でリンクする研究・教育拠点研究会 ２００８年１０月１１日 （土） 高エネルギー物理学研究室　清矢良浩

  2. 重力相互作用の強さ プランク質量：

  3. 重力相互作用の強さ ( = 微細構造定数) 　　　　　　において重力は他の相互作用 と同程度に強くなる

  4. 電弱相互作用スケール 電弱ゲージ相互作用の媒介粒子： 電弱ゲージ対称性の破れの質量スケール

  5. 階層性問題 ＞１０１６　ＧｅＶをカバーする安定な理論を構築できるか？ なぜ　　　　　　　　　なのか？ 標準模型には問題あり（fine tuning, 自然さ問題） 超対称性，テクニカラーなどの新現象の提案

  6. 余剰次元の提案 • N. Arkani-Hamed, S. Dimopoulos, G. Dvali　（ＡＤＤ） • Phys. Lett. B 429 (1998) 263 • “大きな”余剰次元（LED=Large Extra Dimension） • 4+n次元 • L. Randall and R. Sundrum　（ＲＳ） • Phys. Rev. Lett. 83 (1999) 3370 • “ゆがんだ”余剰次元 • 5次元

  7. 余剰次元のサイズを　　　とすると 　　　　　　の巨視的空間では ４＋ｎ次元における重力ポテンシャル 真に基本的な重力定数

  8. 小さなは適当に大きな余剰次元のためであり は必ずしも小さくない　　　　　　　　　 “大きな”余剰次元=LED (ADD) とおくと のとき

  9. 万有引力の法則の直接検証は　　　　　　　　程度万有引力の法則の直接検証は　　　　　　　　程度 “大きな”余剰次元=LED (ADD) （今は10m程度） 重力相互作用のみ可能な，適当に大きな余剰次元 　は検証・排除されていない 電弱スケールと重力スケールは同程度，つまり 　基本的スケールは１つのみ

  10. （n=1の場合） LED (ADD) の現象論 余剰次元内にたくさんの励起モード(Kaluza-Kleinモード) 中性で重力相互作用のみ 終状態における消失エネルギーの発生 　　　　　　　　　　　　　　　ではブラックホール蒸発

  11. 宇宙項 ゆがんだ余剰次元（ＲＳ） 余剰次元方向へ激しく変化する計量 標準模型の粒子

  12. 粒子の真の基本的な質量スケールを　　　とすると粒子の真の基本的な質量スケールを　　　とすると ゆがんだ余剰次元（ＲＳ） とすると 程度で

  13. ゆがんだ余剰次元（ＲＳ）の現象論 Massive Kaluza-Kleinモード（ＲＳグラヴィトン） オーダー１の結合定数　（パラメター＝　　　　　） 標準模型の粒子への崩壊

  14. ハドロン バリオン メソン 物質粒子

  15. 質量 100 GeV 1 GeV 物質粒子 mN~1GeV/c2

  16. Fermilab 敷地 ~ 5 km x 5 km

  17. 超伝導加速器テバトロン クウェンチしばしば

  18. テバトロン陽子・反陽子衝突器 • 36 x 36 バンチ • １バンチサイズ: 半径 ~ 30 m, 長さ ~ 60cm • バンチあたり：Np ~ 260109, Npbar ~ 60109 • （最小）バンチ間隔 = 396 ns (~120 m)， 　　平均1.7ＭＨｚ • ビームエネルギー = 980 GeV • 約２４時間ごとにビーム廃棄及び入射

  19. 反応断面積とルミノシティー 事象数＝反応断面積  ルミノシティー ＝   L （ビーム強度） 　断面積の単位の例：　pb （ピコバーン）= 1012b = 1036 cm2 　ルミノシティーの単位：　pb1　など 　瞬間ルミノシティー：　1032 cm2/s = 0.1 nb1/s （現在の性能：１時間あたりトップクォーク生成事象数～７）

  20. 最大瞬間ルミノシティー Design = 21032cm2/s 2001.04.01 2008.10.01

  21. 積分ルミノシティー Total 5 fb1

  22. 素粒子レベル の反応断面積 陽子・反陽子衝突の描像 電子など 横運動量　　　　（PT=Psin） “横”エネルギー(ET=Esin） 散乱の激しさを 表す “T” = transverse  q, g q, g ビーム軸 q, g Hadronization • クォーク・グルーオン のハドロンへの転化。 方向的に集中した 粒子群（ジェット） として観測。 K 

  23. 陽子・反陽子衝突

  24. 陽子・反陽子衝突

  25. CDF 実験 CDF = Collider Detector at Fermilab

  26. CDF実験の歴史 • 日、米、伊の国際協力実験として始まる。

  27. CDF Detector Total 1 M channels

  28. CDF検出器 消失横エネルギー

  29. LED探索：γ＋消失エネルギー

  30. LED探索：ジェット＋消失エネルギー

  31. LED探索結果

  32. RSグラヴィトン探索： ２つのμ粒子の不変質量分布に共鳴を探す プロットは 質量の逆数

  33. RSグラヴィトン探索結果：

  34. RSグラヴィトン探索：

  35. RSグラヴィトン探索結果：

  36. RSグラヴィトン探索結果：

  37. RSグラヴィトン探索：

  38. LED排除 @ 95% C.L. まとめ RSグラヴィトン排除 @ 95% C.L.

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