CDF実験の現状と展望
金 信弘
筑波大学物理学系
For the CDF Collaboration
日本物理学会（沖縄国際大学）
2001年9月23日
はじめにＣＤＦ実験の成果
ＣＤＦ実験の現状
ＣＤＦ実験の今後の計画

ビッグバン宇宙と素粒子物理

大統一理論
真空の相転移粒子反粒子対称性の破れ

電弱統一理論
ヒッグス粒子

CDF実験の主要な成果
陽子反陽子衝突実験（米国フェルミ国立加速器研究所）

1987年 実験開始
1994年 トップクォーク発見
1998年 Bc中間子発見
2001年3月 実験再開
ヒッグス粒子探索
Ｂ中間子のＣＰ非保存
トップクォークの物理MW vs. MTOP
Higgs Mass Constraint
From Mtop(CDF,D0),
MW(CDF,D0,LEPII)
and other electroweak
results,
MHiggs < 215 GeV/c2
at 95% C.L.
Ref. LEP ElectroweakWorking
Group, CERN EP/2000-016

ヒッグス粒子（標準模型）の生成断面積と崩壊分岐比
生成断面積生成断面積ｘ分岐比

CDF Run I VH searches ( 106 pb-1)
WH 0    bb

Expect: 305 st
6.00.6 dt
Observe: 36 stW / Z  H 0  qq '  bb

Expect:600 events

6 dt

Observe:580 events

ZH 0       bb

ZH 0   bb

Expect: 3.20.7 stObserve: 5

Expect: 39.24.4 st
3.90.6 dt
Observe: 40 st4 dt

VH Production Cross Section Limit

95% CL Limit isabout 30 times
higher than SM
prediction for Mhiggs= 115GeV/c2.

2TeV陽子反陽子衝突実験（米国フェルミ国立加速器研究所）

2000年10月〜11月Commissioning Run
試運転
2001年4月〜2003年
Run2a ( 2fb-1 )2004年〜2007年
Run2b ( >13fb-1 )Tevatron History and Future
Discovery of top, Bc, …
MW, Mtop, sin2b, … measurements
2 x 1032
cm-2 s-1

Tevatron Collider Luminosity

2 fb-1

0.1 fb-1
2000

Run : 0s :Ia
1.8 TeVIb

5 x 1032
cm-2 s-1

2002

2004

15 fb-1
2006

IIa
IIb
1.96 TeV

2008

Run II Plans and Prospects
Run IPeriod
1992- 96
CM Energy
1.8 TeV
Luminosity( cm-2sec-1)
1031
Integrated Luminosity
0.11 fb-1
Number of Bunches
6x6Bunch Period
3.5 msec
Number of t t events
W+4jet(1b-tag)
30
MTOP (GeV/c2)
6.5
 MW (MeV/c2)
79
MHIGGS Reach :95%CL limit:3σ evidence

Run IIa

RunIIb

2001-03
2004-07
2 TeV
2 TeV
2 x 1032
5 x 1032
2 fb-1> 13 fb-1
36 x 36→140 x 103
396 nsec → 132 nsec
1,000
340
120 GeV/c2

7,000

190 GeV/c2
180 GeV/c2

Recent Machine Performance
Luminosity Projection(Ioannis)
Instantaneous Luminosity(1E30)

Instantaneous Luminosity at Start of Store
6Luminsosity(1E30)

54Peak Lum (1E30)

Peak Lum 9 x 1030

3210480-1500

520

54056060

Projected

50Feb. 02
5E3140系列
120Sep. 01~1E311005800200400600

800

1000

Store
numberStore#Int. Lum

1200

1400

1600

Store Number

Store Number

nb-1

系列
130

Store #

DELIVERED

pb-1

Projected
Sep. 15~3 pb-1

Delivered
DATA ON TAPE (CDF)

Data on Tape(CDF)

1-Jul-01

8-Jul-01

Jul-01

Jan-02

Jul-02

Muon System

Central Calor.
NewOldSolenoid

PartiallyNew

Muon

Plug Calor.
Time-of-Flight
Drift Chamber
Front End Electronics
Triggers / DAQ (pipeline)
Online & Offline Software

Silicon Microstrip
TrackerCDF Detector Roll-in

February 1, 2001

CDF Jets
3 jet event

Et of highest energy jet

1.1 million events

Jet ET (GeV)CDF Tracking Performance
SiliconWest barrel
Central barrel
East barrel

Si+COTCOTCDF PerformanceJ/y  m+m-~0.7 pb-1

Dimuontriggers

X-ray the detector withg  e+e- conversion

Silicon~3.5k evts

COT innercylinder

M(J/y) = 3.080 +- 0.001 MeV(no dE/dx corrections applied)CDF Performance : W candidates
Data (0.6pb-1 : ~450 W Events)
W  e

1st W  e  candidate

W  m
Missing Et = 38 GeV

ET vs. ETe,m (GeV)

MTW (GeV)CDF Performance : Z Candidates
Z  e +e -Points : Data (0.6pb-1)
Hist : PYTHIA (Z/g*)
Cental e – Central eMuonsystems

Z  m+mMmm=88.3GeV

Cental e – Plug eZee (GeV)Run II Physics Goals
 Understanding Electroweak Symmetry Breaking
 EW Measurements (MW, Mtop)
 Higgs Boson Search the Standard Model SUSY Study CP Violation and the CKM Matrix
 Sin2b Measurement
 Xs Measurement

 Searches for New Phenomena

Study CP Violation and CKM Matrix

Bs mixing measurement is importantfor complete picture of the Unitary triangle.

CP Violation & CKM Matrix (cont.)
With data by next summer,
 Bs mixing : SM prediction region fully covered.
 dsin2b ~ 0.12
200 pb-1 (Summer 2002)
end of 2002

2 fb-1

CDF (Run I)
BaBar (Winter 01)(Summer 01)
Belle (Winter 01)(Summer 01)

SM

Int. luminosity (pb-1)(sin2b )ヒッグス粒子探索についての記事

CERN研究所（ジュネーブ）でヒッグス粒子の候補事象が見えた。これが事実かどうかはフェルミ研究所での陽子反陽子衝
突実験で明らかにできる。

Electroweak Precision Measurements
Tevatron Run I :Mtop = 174.3 +- 5.1 GeV/c2
MW = 80.452 +- 0.062 GeV/c2
Run IIa
EW Meas : MHiggs <215 GeV @95%CL
LEP II Higgs Searches :MHiggs > 113 GeV @95%CL
LEP II Hint @ MHiggs= 115 GeV

GW (from W high mass tail)2.04 +- 0.15 GeV (CDF), 2.22 +- 0.17 GeV (D0)
SM : 2.0937 +- 0.0025 GeV今後のヒッグス粒子探索•MH < 130 GeV/c2

pp →WHX →l  + bb + X•125 < MH < 160 GeV/c2

pp →WHX →l  +W* W*+X
(like-sign dilepton +jets)•150 GeV/c2 < MH(RUN2B)

95％信頼度で検出生成の証拠（３σ）
発見（５σ）

pp →HX →WW X →l  l  X
RUN2A(〜2003)
95％信頼度でMH < 120 GeV/c2検出可能
RUN2B(2004〜)
95％信頼度でMH < 190 GeV/c2検出可能
MH < 180 GeV/c2 の証拠 (3σ evidence)(RUN2A)

テバトロン加速器でのヒッグス粒子探索
証拠検出可能なヒッグス粒子の質量 MH(GeV/c2 )(95%信頼度で検出できるMH ）
100

150

200
実験開始(RUN2a)

2001年4月

実験再開(RUN2b)

2004年4月

2007年4月

LEP 2 のヒッグス粒子

超対称性理論の軽い
ヒッグス粒子の質量上限

まとめ
CDF実験RUN2（2001年〜）で以下の成果が期待される。
• 2002年にBs mixingの測定ができる。またsin2bが誤差で測定できる。
• 2年間の実験で1000 t t 事象が収集され、ΔMtop 〜3GeV/c2でMtopが測定できる。同時にΔMW 〜40 MeV/c2でMＷが測定できる。これらよりΔMH〜0.3MH でヒッグスの質量を間接的に測定できる。

• 2年間の実験で– 95%信頼度で MH < 120GeV/c2のヒッグス粒子検出可能。

• さらに3年間のデータ収集によって– 95%信頼度で MH < 190GeV/c2のヒッグス粒子検出可能。
– MH < 180GeV/c2のヒッグス粒子の生成の証拠（3σ)。