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

通过高能质子-反质子碰撞寻找希格斯玻色子

基本信息

批准号：
14046203
负责人：
金信弘
金额：
$ 125.5万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

「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。

《通过质子-反质子对撞实验寻找希格斯玻色子（计划研究AO1）》利用美国费米国家加速器实验室的质子-反质子对撞机Tevatron和CDF探测器，与全球最大的质子反质子对撞中心进行实验- 2 TeV 的质量能量。我们通过研究质子-反质子碰撞引起的事件的性质来进行粒子物理研究。该实验于2001年春天开始，目前正在进行数据收集和并行物理分析。在此期间，12名研究生因这项研究获得了博士学位。作为对希格斯玻色子的间接搜寻，对顶夸克质量和W玻色子质量进行了精确测量，这使得希格斯玻色子的质量得以间接测量。 2005年，我们分析了大约四倍的数据，并通过使用W玻色子衰变成两个喷流的质量分布，我们减少了系统误差并测量了顶夸克质量。结果，我们得到了173.5+2.7/-2.6（统计）±3.0（系统）GeV/c^2的顶夸克质量，比世界平均值更准确。 2005年春季费米国家加速器实验室和高能加速器研究组织的网络新闻也报道了这一成果。利用该测量结果和迄今为止测量的W玻色子的质量，确定希格斯玻色子的质量为91+45/-32GeV/c^2，质量的上限为186GeV/c^2。自 2004 年春季起，这一上限显着降低了希格斯粒子质量上限 251 GeV/c^2。与这项研究相关的一篇博士论文荣获2004年筑波大学校长奖。通过动态似然法的分析也获得了几乎相似的顶夸克质量测量结果。作为直接希格斯玻色子搜索的结果，我们发现对于轻希格斯玻色子（M_<Higgs>=120GeV/c^2），我们以希格斯玻色子衰变成WH伴随产生通道中的底夸克对的模式进行搜索，并发现作为重质材料获得了生产截面的上限4.5pb对于希格斯玻色子（M_<Higgs>=160GeV/c^2），我们在希格斯直接产生通道中以希格斯衰变成W玻色子对的模式进行搜索，结果得到了希格斯玻色子的上限生产截面为 3.2 pb，进一步我们期待获得高水平的统计数据。通过上述物理分析，我们成功地大幅缩小了希格斯玻色子的质量范围。对于直接寻找希格斯粒子，已经在多个渠道进行了综合分析研究，并取得了成果。在接下来的四年里，我们计划获得比迄今为止分析的数据多 20 倍的统计数据，因此我们可以预期使用所有这些数据的搜索结果。