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CDF実験の現状と将来
金信弘
筑波大学物理学系
For the CDF Collaboration
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
素粒子とは？
原子
原子核
陽子
クォーク
電子
物理学発展の歴史
1900年
17世紀半ば
古典力学
2000年
19世紀後半
電磁気学
1881年
マイケルソン・モーレー
の光速測定実験→エーテル否定
相対論
黒体輻射測定
量子力学
1896年
ベクレル放射線発見
1897年
トムソン電子発見
素粒子と素粒子間の力（素粒子物理標準理論）
物質を構成する粒子（フェルミオン）
クォーク
アップ(0.002)
ダウン(0.005)
電荷
2/3
- 1/3
チャーム(1.3)
トップ(175 )
ストレンジ(0.14) ボトム( 4.2)
レプトン
電子(0.0005)
ミュー粒子(0.106)
タウレプトン(1.8)
電子ニュートリノ
ミューニュートリノ
タウニュートリノ
-1
0
力を伝える粒子（ゲージボソン）
強い力
グルオン(0)
電磁気力
光子(0)
弱い力
Ｗ粒子(80)
Ｚ粒子(91)
（）内の数字はGeVの
単位で書かれた質量
質量の起源（ヒッグス機構）
ヒッグスポテンシャル
V (f) = m2f2 /2 + lf4 /4 ( l
m2 > 0 (ビッグバン直後)
真空の相転移（対称性の破れ）
m2 < 0 (現在)
大統一理論
三つの力（電磁力、弱い力、
強い力）は、宇宙創生直後の高
温時には対称性が成り立ち、同
一の力であった。それが冷えて
きたときに対称性が破れて異な
る力に見えるようになった。
超対称性理論
すべてのフェルミオン（ボソン）には超対称粒
子のボソン（フェルミオン）のパートナーが存在
する。この超対称性を仮定すると、三つの力の
大統一がある高温状態で成り立つ。
この理論は有望であると考えられている。この
理論が正しければ、質量150GeV/c2以下のヒッ
グス粒子が存在するし、また標準理論で期待さ
れる以上のＫ中間子、τ粒子、Ｂ中間子の稀崩
壊が起こる。
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
主要な高エネルギー加速器研究所
欧州共同原子核研究所(欧) CERN
フェルミ国立加速器研究所
(米国) FERMILAB
高エネルギー加速器研究機構(日本) KEK
(著作権：白い地図工房)
ブルックへブン国立加速器
研究所(米国) BNL
スタンフォード線形加速器研究所(米国) SLAC
2TeV陽子反陽子衝突実験（CDF実験）
米国フェルミ国立加速器研究所テバトロン加速器
RunI (1992～1996)
√ s = 1.8 TeV
CDF
( 110pb-1 )
Tevatron Ring
RunII（2001～）
√ s = 1.96 TeV
+ Main Injector
Main Injector
( 9fb-1 の予定)
CDFII Detector
Muon System
Drift Chamber
Central Calor.
New
Solenoid
Old
Partially
New
Time-of-Flight
Plug Calor.
日本グループの分担
Muon
○プラグ・カロリメーター（金、清矢）
筑波大、KEK、早稲田大、フェルミ研、ロチェスター大、UCLA、他
○シリコン・バーテックス検出器 SVXⅡ（岩田）
Silicon Microstrip
広島大、岡山大、京都教育大、フェルミ研、LBNL、ピッツバーグ大、他
Tracker
○中間部シリコン検出器 ISL （原、奥沢）
筑波大、大阪市大、近畿大、フェルミ研、LBNL、ピサ大、他
○データ収集・モニター装置 DAQ（下島、宮本、有澤）
Front End Electronics
筑波大、KEK、早稲田大、フェルミ研、MIT、ロチェスター大、他
Triggers / DAQ (pipeline)
○ＴＯＦカウンター（受川）
Online & Offline Software
筑波大、フェルミ研、ペンシルバニア大、他
ジェット：
クォークは単独では検出不可
能で、多数のハドロンがクォー
クの進行方向に出てくるジェット
として観測される。
＊ハドロン
中間子（メソン）
qq
π，K，ρ，・・・
重粒子（バリオン） qqq
p, n, Λ，Σ，・・・
CDF実験の経過と主要な成果
陽子反陽子衝突実験（米国フェルミ国立加速器研究所）
1981年8月 CDF設計報告書
1985年10月陽子反陽子初衝突
1987年
テスト実験
1988年6月物理実験(Run0)
～1989年5月
1992年4月物理実験(Run1)
～1996年2月
1994年
トップクォーク発見
1998年
Bc中間子発見
2001年4月～物理実験(Run2)再開
ヒッグス粒子探索、トップクォークの物理、
新粒子・新現象の探索、Ｂ中間子のＣＰ非保存、
電弱相互作用と強い相互作用。
若手研究者の育成
CDF実験
近松健
博士論文（過去10年間に26篇）
Top-Quark Search in the Dilepton Channel in 1.8-TeV Proton-Antiproton Collisions (1994.2)
PRL 73 (1994) 225; citation 527
PR D50 (1994) 2966; citation 631
大石竜太郎 Measurement of the Cross Section for Charmed Meson Production Associated with a Prompt Photon
in 1.8 TeV Proton-Antiproton Collisions (1995.1)
PRL 77 (1996) 5005; citation 6
満塩尚史 Measurement of Neutral B Meson Mixing in Electron-Muon Events in 1.8-TeV
Proton-Antiproton Collision (1996.1)
浅川高史 Properties of High-Mass Multijet Events at the Fermilab Proton-Antiproton Collider(1996.2)
PR D54 (1996) 4221; citation 23
加藤幸弘 Search for Chargino-Neutralino Production in 1.8-TeV Proton-Antiproton Collisions (1996.9)
PRL 76 (1996) 4307; citation 33
林英一郎 Search for New Neutral Gauge Bosons in 1.8-TeV Proton-Antiproton Collisions (1996.9)
PRL 79 (1997) 2192; citation 110
秋元秀美 Observation of Subclusters Within Jets Produced at the Fermilab Tevatron
Proton-Antiproton Collider (1997.1)
下島真
Measurement of the Photon Angular Distribution in the W+Photon Production in 1.8 TeV
Proton-Antiproton Collisions (1997.1)
青田慎
A Measurement of Top Quark Mass and Kinematics Properties in Fermilab 1.8-TeV
Proton-Antiproton Collisions (1997.1)
PRL 80 (1998) 2525; citation 65
PRL 80 (1998) 5720; citation 9
高野剛
Measurement of the Cross Section for Diphoton Production in 1.8 TeV Proton-Antiproton
Collisions (1997.2)
PRL 81 (1998) 1791; citation 50
佐藤博之 Measurement of W-Photon and Z-Photon Couplings in 1.8-TeV Proton-Antiproton Collisions (1997.6)
鈴木潤一 Observation of the Bc Meson in 1.8-TeV Proton-Antiproton Collisions (1998.1)
PRL 81 (1998) 2432; citation 117
PR D58 (1998) 112004; citation 116
CDF実験博士論文（過去10年間に26篇）の続き
Measurement of Time Dependent B0 B0 Mixing in 1.8-TeV Proton-Antiproton Collisions (1997.6)
PR D60 (1999) 112004; citation 17
岡部正和 Measurement of the Strong Coupling Constant from Two Jet Production Cross Section in 1.8-TeV
Proton-Antiproton Collisions (1998.1)
池田拓史 Observation of Diffractive Bottom Quark Production in 1.8-TeV Proton-Antiproton
Collisions (1999.1)
PRL 84 (2000) 232; citation 39
湊浩之
Measurement of the W Boson Transverse Momentum Distribution in 1.8 TeV Proton-Antiproton
Collisions (1999.1)
半田隆信 Search for Technicolor Particles in 1.8-TeV Proton-Antiproton Collisions (1999.1)
PRL 84 (2000) 1110; citation 10
菊地俊章 Search for Single Top Quark Production in 1.8-TeV Proton-Antiproton Collisions (1999.12)
PRD 65 (2002) 091102; citations 24
寺師弘二 Observation of Dijet Production by Double Pomeron Exchange in 1.8-TeV Proton-Antiproton
Collisions (2000.1)
PRL 85 (2000) 4215; citation 58
中田方斉 Measurement of the Diffractive Structure Function of the Antiproton in 1.8-TeV
Proton-Antiproton Collisions (2001.1)
PRL 88 (2002) 151802; citations 15
田中雅士 Search for Radiative B -Hadron Decays with the Collider Detector at Fermilab (2001.1)
PRD 66 (2002) 112002;
栗野浩一 Measurement of the Cross Section and Heavy Quark Composition of gamma + mu Events Produced
in ppbar Collisions at √s =1.8 TeV (2002.9)
PRD 65 (2002) 012003; citations 1
宮崎由之 Search for Scalar Top Quark Pair-Production by R-Parity Violating Decay Mode in ppbar
Collisions at √s =1.8 TeV (2002.9)
高野秀明 Search for W-boson Pair Production in the Lepton + Jet Channel in 1.8-TeV Proton-Antiproton
Collisions (2003.4)
井門幸二 Search for New Neutral Gauge Bosons in 1.96-TeV Proton-Antiproton Collisions (2004.1)
津野総司 Tests of Enhanced Leading Order QCD in W Boson plus Jet Production in 1.96-TeV Proton-Antiproton
Collisions (2004.1)
桑原朋子
Tevatron Status
Run I（1992～1996）:
Record Luminosity 2x1031 cm-2sec-1
Integrated Luminosity 110 pb-1 on Tape
2002
2003
2004
Initial Luminosity
Record 1 x1032 cm-2s-1
Run II（2001～）:
1 x1032 cm-2sec-1 （July 2004）
(Weekly Integrated Luminosity 18 pb-1 )
Integrated Luminosity 670 pb-1
– 540 pb-1 on Tape
– 350 pb-1 analyzed
Schedule:
2 fb-1
9 fb-1
(by spring of 2006)
(by the end of 2009)
2004
2003
2002
Total
Integrated Luminosity
Weekly record 18 pb-1
6７0 pb-1
10
Integrated Luminosity (fb-1)
9
-1
RunII
Projected
Integrated
Luminosity
Integrated Luminosity (fb )
8
April ’06
2fb-1
7
6
Design Projection
Now
5
Oct. ’09
8.5fb-1
Base Projection
4
3
2
1
0
9/29/03
9/29/04
9/30/05
10/1/06
10/2/07
10/2/08
10/3/09
Start of Fiscal Year
(DOE review on
Feb.24,2004)
Integrated Luminosity per Week (pb-1)
Phase 5
Phase 4
(Tevatron upgrades
(Stacktail upgrade)
complete)
50
-1
Integrated Luminosity per Week (pb)
60
We are here now
40
30
20
Phase 6
(No upgrade-related studies)
Design Projection
Phase 3
(Recycler &
Electron Cooling)
Phase 2
(Slip Stacking)
Base Projection
Phase 1
(FY04)
x
10
0
9/29/03
9/29/04
9/30/05
10/1/06
Start of Fiscal Year
10/2/07
10/2/08
10/3/09
RunII Projected Integrated Luminosity
(DOE review on Feb.24,2004)
10
9
Middle of 2007
ms =24ps-1(5σ)
-1
Integrated Luminosity (fb )
8
Spring of 2006
ΔMHiggs ～ 30%
MHiggs ＜120GeV
(95%CL)
ms =18ps-1(5σ)
7
6
5
Design Projection
Base Projection
4
3
Now
End of 2009
MHiggs ＜180GeV
(95%CL)
2
1
0
9/29/03
9/29/04
9/30/05
10/1/06
Start of Fiscal Year
10/2/07
10/2/08
10/3/09
Physics Results from Run2
published papers
–
–
–
–
–
ElectroWeak Physics
New Particle Search
QCD
Top Physics
B Physics
0
0
0
1
4
submitted papers
3
4
0
3
2
Published papers
Ds, D+ mass difference PRD68, 072004 (2003).
Search for D →μμ PRD68, 091101 (2003).
Prompt Charm Cross Section PRL 91, 241804 （2003).
Observation of X(3872) PRL 93, 072001 (2004).
Measurement of the tt-bar Production Cross Section Using Dilepton Events
list
PRL. 93, 142001 (2004).
W・Zボソン生成崩壊： e, μチャンネル
σZ • Br(Z→e+e−) = 267.0 ± 6.3 ± 15.2 ± 16.0 pb
stat. syst. lumi.
σW • Br(W→e) = 2.64 ± 0.01 ± 0.09 ± 0.16 nb
stat. syst. lumi.
σZ • Br(Z→μ+μ−) = 246 ± 6 ± 12 ± 15 pb
stat. syst. lumi.
W·B(Wμ) = 2.64  0.02  0.12  0.16 nb
stat
syst
lum
W・Zボソン生成崩壊： τチャンネ
ル
Z0τeτh
Z0t
We have a clear
eth signal.
Further study of backgrounds is underway. •
•
•
•
•
W→τν
Look for jet within narrow 10 degree cone
Isolated within wider 30 degree cone
pT(t) > 25 GeV
ETmiss > 25 GeV
Ncand = 2345
Not only interesting as an EWK
measurement, it is important for Higgs
and SUSYsearches.
小川貴志（早稲田大）博士論文解析中
σW • Br(W→ t) = 2.62 ± 0.07 ± 0.21 ± 0.16
nb
W・Zボソン生成断面積
関連解析：井門孝治（早稲田大）博士論文
（RunⅡ）
Sample
Back.
•B(W-->ll) (nb)
e
38625
6%
2.64±0.01stat±0.09sys±0.16lum
m
21599
11%
2.64±0.02stat±0.12sys±0.16lum
t
2346
26%
2.62±0.07stat±0.21sys±0.16lum
Sample
•B(Z-->ll) (pb)
e
1830
267±6stat±15sys±16lum
m
1631
246±6stat±12sys±15lum
Background ~ 0.5%
•B(W-->l) and •B(Z-->ll) at
ECM=2TeV are consistent with
standard model prediction.
Measure
Theoretical
prediction
PDG
SM
PDG
combined
Exp
(ppW) (W  e) (Z)
R =
(ppZ) (W) (Z  ee)
Extract
R = 10.54  0.18stat  0.33sys →
Γ(W) = 2.15  0.04stat  0.07sys GeV
consistent with S.M. prediction of 2.09 GeV
W 生成断面積
谷本奈穂（岡山大）博士論文解析中
Study of Wγ production with W→μν at CDF in Run II
•
•
•
Require central 
ET() > 7 GeV
ΔR(l-) = √(Δη2+ΔΦ2) >0.7
133 seen
141 expected
Wγ
σ • Br = 17.2 ± 2.2 (stat.) ± 2.0 (syst.) ± 1.1(lumi.) pb
Cross sections and photon ET spectra are consistent with SM.
WW 生成断面積
Higgs, SUSY Search
•
•
•
•
•
•
•
•
isolated lepton pair
opposite-charge, high pT
ETmiss
Z veto
veto events with jets
∫L = 126 pb-1
5 events seen
(5 with 1.2 ±0.3 BG events
in Run I @ ∫L = 108 pb-1)
9.2 events expected
(2.3 background, 6.9 ± 1.5 W W → l l’’)
Z’ Search
Z’→e+e -,
m+ m-のモードで
井門孝二（早稲田大）博士論文解析中
重いゲージボソン探索
e+m combined
Z’ search history
(e+ e- mode):
Lum.(pb1)
Mass Limit (95% CL)(GeV/c2)
Run1a (1.8TeV)
19.7
505
Run1b (1.8TeV)
90
640
Run2(1.96TeV)
72
650
Run
W + jets Analysis
津野総司（筑波大）博士論文
 First result in Run II. (72pb1)
 Presented in EPS 03’, Aachen.
 Theoretical calculation was
made by GRACE system.
Jet Definition:
 Et > 15 GeV , JetClu (R=0.4)
New features:
 Parton-jet matching.
 Kinematic distributions were
a good agreement with data.
Jet Multiplicity in b-tagged W+jets events
top signal
region
Summary of t t ProductionCross Section Results
t t Cross Section √s-Dependence
最新のトップクォークの質量測定結果
寄田浩平（早稲田大）博士論文解析
近藤都登教授（早稲田大）考案のDLM解析
世界最高エネルギー２TeVの陽子反陽子衝突によ
るトップクォーク対生成（唯一のトップファクトリー）
p p  tt X
トップクォークが
t  bW  b
t  bW  bq q '
と崩壊して、レプトンと4個のジェット（内1個はｂ
クォークと同定）になった２２事象を選択。
その事象のトップクォークの質量をDynamical
Likelihood Method (DLM)で再構成。
DLM: 力学的最尤法。トップクォークの質量をト
ップクォークの生成確率と崩壊確率を用いた最
尤法で再構成する。
トップクォークの再構成された質量分布
 4.5
M top  177.8 5.0 (stat)  6.2(syst)
GeV/c
2
最新のトップクォークの質量測定結果
CDF RunII preliminary, 162 pb-1
Data 68 events
佐藤構二（筑波大）博士論文解析
Jet probability アル
ゴリズムを用いて、
4つのジェットのうち
２つがボトムクォー
クのジェットである
と同定できる11事
象を選別。
質量再構成の方法
は従来のものを用
いた。
今後これにDLMを
用いた結果を合わ
せて誤差を小さくす
る。
4.9
2

177.
2
(stat)

6
.
6
(syst)
GeV/c
 4.7
M top
トップクォークとWボソン質量測定による
ヒッグス粒子の間接探索
テバトロン実験 Run Iの成果 :
Run II
Mtop = 174.3 ± 5.1 GeV/c2
(今年：Mtop = 178.0 ± 4.3 GeV/c2 ）
MW = 80.452 ± 0.062 GeV/c2
ヒッグス粒子の質量に与えられる
現在の制限 : MHiggs < 219GeV
（今年：251 GeV）
@95%CL
RunⅡ 2 fb-1（～2006年春）:
ΔMtop < 3 GeV/c2 ΔMW ～ 30 MeV/c2
→ ΔMHiggs ～ 30%
J/ψ粒子の異常生成
J/ψ粒子の横運動量分布
関連解析：山下智弘（岡山大）博士論文
データ
QCD理論予測
QCD理論予測の50倍以上のJ/ψ粒子の生
成がRunI実験（～1996年）で観測されている。
Color Octet模型などの新しい理論も考えら
れたが、他のデータと矛盾。
RunII実験（2001年～）でJ/ψ粒子
の生成断面積を PT > 0 GeV の全領域
で測定。
PT > 5GeVの領域ではRunI実験結果
を再現。
PT < 5GeVの領域での理論との比較
が待たれる。
Bh+h
a

tree
b
Vub
• charmless two-body decays
– longer term Bs modes help extract unitarity
angle 
• Signal is a combination of:
–
–
–
–
B0+
B0K+
BsK+K
Bs+K
BR~5x10-6
BR~2x10-5
BR~5x10-5
BR~1x10-5
} (4s),Tevatron
} Tevatron
pengui
n
28026 events
m = 5.252(4) GeV/c2
 = 41.0(4.0) MeVc2
• Requirements
– Displaced track trigger
– Good mass resolution
– Particle ID (dE/dx)
+ hypothesis
M()
BR(BsK+K)
Simulation
BdK
BsKK
Bd 
BsK 
32060 events
m = 5.252(2) GeV/c2
 = 41.1(1.9) MeV/c2
M()
Fitted contributions:
Yield (65 pb-1)
mode
B0K
14817(stat.)17(syst)
B0
BsKK
3914(stat.)17(syst)
9017(stat.) 17(syst)
BsK
311(stat.) 17(syst)
kinematics & dE/dx to separate contributions
CDF RunII Preliminary
D*D0,
Sep.~1.3
D0K
(dE/dx – dE/dx())/(dE/dx)
First observation of BsK+K !!
Result:
f s BR( Bs  KK )
f d BR( B  K )
Measure ACP
0
N ( B  K   )  N ( B  K   )
N ( B  K   )  N ( B  K   )
 0.74  0.20  0.22
 0.02  0.15  0.02
Bs Yields: CDF BsDs+
BsDs with
Ds f+ and fKK+
BR(Bs  Ds ) = ( 4.8 1.2 1.8 0.8 0.6) 10-3
New measurement !
(Stat) (BR) (sys) (fs/fd)
Previous limit set by OPAL: BR (Bs  Ds  ) < 13%
BR result uses less data
than shown in plot.
Measuring Bs Oscillation
• Bs reconstruction
– e.g. Bs  Ds 
• Flavor tagging ( Bs or Bs at the time of production?)
– Tagging “dilution”: D=1-2w
Typical power (one tag):
– Tagging power proportional to: D2 D2 = O(1%) at Tevatron
D2 = O(10%) at PEPII/KEKB
• Proper decay time
ct 
Lxy
 b 

Lxy mB
uncertainty
pT
– Crucial for fast oscillations (i.e. Bs)
  pT 
mB
 ct 
 Lxy  ct 

pT
 pT 
Flavor Tagging
• Strategy: use data for calibration
(e.g. BJ/K, Blepton)
– “know” the answer, can measure
right sign and wrong sign tags.
Results:
Same-side (B+)
D2=(2.10.7)%
(B+/B0/Bs correlations different)
Muon tagging
D2=(0.70.1)%
“same-side” tagging
CDF Bs Sensitivity Estimate
• Current performance:
hadronic mode
– S=1600 events/fb-1 (i.e. effective for produce+trigger+recon)
only
– S/B = 2/1
– D2 = 4%
– t = 67fs
2 sensitivity for ms =15ps-1 with ~0.5fb-1 of data
surpass the current world average
• With “modest” improvements
– S=2000 fb (improve trigger, reconstruct more modes)
– S/B = 2/1 (unchanged)
– D2 = 5% (kaon tagging)
– t = 50fs (event-by-event vertex + L00)
5 sensitivity for ms =18ps-1 with ~1.7fb-1 of data
5 sensitivity for ms =24ps-1 with ~3.2fb-1 of data
ms=24ps-1 “covers” the expected region based upon indirect fits.
• This is a difficult measurement.
• There are ways to further improve this sensitivity…
最新のBc中間子の質量測定結果
p p  Bc X
Bc   J /    mm 
μμがJ/ψから崩壊したことを条件
にして事象を選別し、そのμμとπ
から不変質量を計算。
質量分布をGaussianと一定の
BackgroundでFitした結果、
１８．９±５．７信号事象が観測さ
れた（３．５σ）。
Bc中間子の再構成された質量分布
M Bc  6.2870  0.0048(stat  syst) GeV/c
2
理論予言値は 6307±17 MeV/c2（QCD)、6304±12 +18/-0 MeV/c2 （unquenched latticeQCD)
Bc中間子セミレプトニック崩壊チャンネルでの研究：青木雅人（筑波大）博士論文解析
ヒッグス粒子探索
についての記事
CERN研究所（ジュネーブ）
のLEP2実験でヒッグス粒子の
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
（CDF実験）で明らかにでき
る。
ヒッグス粒子の探索
軽いヒッグス粒子 ( MH < 150GeV/c2)
陽子中のクォーク
反陽子中の
反クォーク
_
bb
重いヒッグス粒子 ( MH > 150GeV/c2)
陽子中のグルオン
W+W-
反陽子中のグルオン
最新のヒッグス粒子の探索結果
石澤善雄（筑波大）博士論文解析
p p  WHX
というWH 随伴生成反応で生成したWボソ
ンとHiggs粒子が
W  
H  bb
と崩壊して、レプトンと２個のジェット（内1
個はｂクォークと同定）になるヒッグス粒子
候補事象として６２事象を選択。
その事象の2ジェットの質量を再構成。
Wbb生成などのバックグラウンド事象が
６６．５±９．０事象、期待される。このバッ
クグラウンド事象と候補事象が一致する。
ヒッグス粒子生成断面積の上限を求める。
再構成された2ジェット不変質量の分布
 ( pp  WHX)  BR( H  bb )  4.5 pb for MH  120 GeV/c 2( 95% C.L.)
最新のヒッグス粒子の探索結果
p p  HX  WWX  X
直接生成されたHiggs粒子が２個のWボソンに崩壊して、2個のレプトンになるヒッグス粒子
生成の候補事象として８事象を選択。 W対生成などのバックグラウンド事象が８．９０±
０．９８事象、期待される。バックグラウンド事象数と候補事象数が一致する。これによって
ヒッグス粒子生成断面積の上限を求める。
ヒッグス粒子の質量
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12月
2005年12月
2009年12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。
• 2006年春にΔms =18ps-1 ならば、5σでBs mixingの測定ができる。
• 今後2年間の実験でt t→lν+4ジェットモードで1000事象が収集さ
れ、ΔMtop ～3GeV/c2でMtopが測定できる。同時にΔMW ～30
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。
• 今後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 < 180GeV/c2のヒッグス粒子検出可能。
ＢＡＣＫＵＰ
The CDF Collaboration
North America
3 Natl. Labs
28 Universities
Europe
1 Research Lab
6 Universities
1 University
1 Universities
4 Universities
Totals
112 countries
 58 institutions
 581 physicists
-
2 Research Labs
1 University
1 University
Asia
5 Universities
1 Research Lab
1 University
3 Universities
Run2 Paper
1．“ Measurement of the Mass Difference m(Ds+) - m(D+) at CDF II”
D. Acosta et al., Phys. Rev. D68, 072004 (2003).
2. “Search for the Flavor-Changing Neutral Current Decay D0 -→ μ+μ- in p
anti-p Collisions at s**(1/2) = 1.96 TeV”
D. Acosta et al., Phys. Rev. D68, 091101 (2003).
3. “Measurement of Prompt Charm Meson Production Cross Sections in p
anti-p Collisions at s**(1/2) = 1.96 TeV”
D. Acosta et al., Phys. Rev. Lett. 91, 241804 (2003).
4. “Observation of the Narrow State X(3872) → J/ψπ+π- in p anti-p
Collisions at s**(1/2) = 1.96 TeV”
submitted to Phys.Rev.Let
bc with cpK
Backgrounds: real B decays
Reconstruct  as p: Bd  D+K++
Use MC to parametrize the shape.
 Data to normalize the amplitude
 Dominant backgrounds are real
heavy flavor
 proton particle ID (dE/dx)
improves S/B

Fitted signal:
Nb  96 13(stat.)67  syst.
Measure:
 b  fbaryon BR(b   c   )
 b  f d BR( B0  D   )
New Result !
BR(b  c ) = (6.0 1.0(stat)  0.8(sys)  2.1(BR) ) x 10-3
Detector Performance：SVX
• Silicon detectors:
– Typical S/N ~12
– Alignment in R-f good
• R-z ongoing
Details
Full silicon acceptance is in sight …
The last 10% of the job takes the second 90% of the effort (but not time!)
• Commissioning:
– L00 > 95%
– SVXII > 90%
– ISL > 80%
• ISL completing
cooling work
% of silicon ladders powered and read-out
by silicon system vs. time
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Detector Performance：TOF
• TOF resolution within 10 –20%
of 100ps design value
– Improving calibrations and
corrections
S/N = 1942/4517
S/N = 2354/93113
TOF
Detector Performance：XFT
Offline
track
XFT
track
Efficiency curve:
XFT cut at
PT = 1.5 GeV/c
• XFT: L1 trigger on tracks
– full design resolution
 pT/p2T = 1.8% (GeV-1)
 f = 8 mrad
Detector Performance：SVT
8 VME crates
Find tracks in
Si in 20 ms
with offline
accuracy
Secondary VerTex L2 trigger
 Online fit of primary Vtx
 Beam tilt aligned
 D resolution as planned
48 mm (33 mm beam spot transverse size)
Online
track
impact
param.
90%
Efficiency
80%
=48 mm
EM Calorimeter scale
• 638 Z  e+e in 10 pb-1
 (M) ~ 4 GeV
FB asymmetry
NZ = 247
Central-central
• Check Z mass in data and
simulation after corrections
– Central region:
• Mean: +1.2% data, -0.6% sim.
• Resolution: +2% simulation
Central-West plug
– Forward region (Plug):
• Mean: +10/6.6% data, +2.0%
simulation
• Resolution: +4% simulation
NZ (W+E) = 391
Central-East plug
Measurements with high Et
±
e
• Good modeling of observed
W e distributions Selection
details
MET resolution from
MB data consistent
with Run 1
MET detail
Reconstruct Z  ee; measure AFB
Both e ||<1
NZ(CC) = 247
(M) ~ 4 GeV
Uses
silicon
to tag e±
charge
Both e ||>1
NZ(PP) = 160
Central-Plug Dielectron Mass
One ||<1, one ||>1
NZ(CP) = 391
AFB will be an additional
handle in Z’ searches
High-Pt muons: Z m+m
• Clear Z m+m signal
– require COT•CMU•CMP
– CDF’s purest muons: ~8l
m1
CMU
m2
CMP
57 candidates 66<M<116 GeV
NZ = 53.2±7.5 ±2.7
Measure •B(We
0.16 soon!
W cross section:
W*BR(We) (nb) =
2.60±0.07stat±0.11syst ±0.26lum
Background (8%):
- QCD: 260 ± 34 ± 78
- Z ee: 54 ± 2 ± 3
- Wt: 95 ± 6 ± 1
5547 candidates in 10 pb-1
Measurement of BWm), R
4561 candidates in 16 pb-1
(require COT•CMU•CMP)
12.5% background:
- Z mm: 247 ± 13
- Wt: 145 ± 10
- QCD:
104 ± 53
- Cosmics: 73 ± 30
•B(Wm) = 2.70±.04stat±.19syst ±.27lum
Many uncertainties, e.g. lumi, cancel in ratio:
R = •B(Wm) / •B(Zmm) =
13.66±1.94stat±1.12syst (1.5 from
SM)
 (W) = 1.67±0.24stat±0.14syst
MT
Measure a precisely predicted ratio  establish tight feedback loop on
muon detection, reconstruction, and simulation
W  t
• Evidence for typical
t decay multiplicity
in W t selections
 t channel important
for new physics
searches
Measurements with jets
• Raw Et only:
– Jet 1: ET = 403 GeV
– Jet 2: ET = 322 GeV
Jet expectations
Raw jet distributions
Hadronic Energy Scale
• Use J/ muons to
measure MIP in
hadron
calorimeters
– (Run II)/(Run 1) =
0.96±0.05
q

g
Plug region
central
calor. Plug region
q
 Gamma-jet balancing to study jet response
 fb = (pTjet – pT)/pT
Run Ib (central):
fb= -0.1980 ± 0.0017
Run II (central):
fb= -0.2379 ± 0.0028
 Plug region corrections in progress
fb = (4.0 ±0.4)%
Measurements with jets
• Jet shapes:
– Narrower at higher ET
– Calorimeter and
tracking consistent
– Herwig modeling OK
16 pb-1 used for this study
Measurements with low Et m±
  trigger improved
– pTm > 2.0  1.5 GeV
 f> 5°  2.5°
• Observed rates are consistent
with expected increase due the
lowering of the thresholds
13 pb-1
No
Silicon
100k 
Central
muons
only
15 MeV
with
Silicon
= 21.6 MeV
Material & Momentum Calibration
• Use J/’s to understand E-loss
and B-field corrections
 (scale)/scale ~ 0.02% !
• Check with other known signals
D0
Add B scale correction
Tune missing material ~20%
Correct for material
in GEANT
confirm
with
ee

1S
2S
Raw tracks
3S
mm
Meson mass measurements
• B masses:

–
–
–
(2S)J/ (control)
Bu J/K
Bd J/K* K*K
Bs J/f
fKK
BsJ/f
18.4pb-1
More mass plots
PDG/
0.9
(2S)
CDF 2002
3686.43 ±0.54
Bu
5280.6 ±1.7 ±1.1
0.8
Bd
5279.8 ±1.9 ±1.4
0.2
Bs
5360.3 ±3.8 ±2.1
-2.1
2.9
BJ/K
Bu
18.4pb-1
B hadron lifetimes
• Inclusive B lifetime with J/’s
J/ from B = 17%
Fit pseudo-ct = Lxy*FMC*M/pT
ct=458±10stat. ±11syst. mm
(PDG: 469±4 mm)
• Exclusive B+J/K lifetime
ct=446 ±43stat. ±13syst. mm
(PDG: 502±5 mm)
# B ~ 154
Trigger selects B’s via semileptonic decays ...
1910119
candidates
34922
candidates
Run II trigger & silicon =>
~3 yield/luminosity as in Run I
(and likely to improve further with optimization)
SVT selects huge charm
signals!
• L2 trigger on 2 tracks:
– pt > 2 GeV
• |D| > 100 mm (2 body)
• |D| > 120 mm (multibody)
56320
D0
• Large charm samples!
– Will have O( 107 ) fully
reconstructed decays in 2fb-1
data set
• FOCUS = today’s standard for huge:
139K D0K-+, 110K D+K-++
– A substantial fraction comes
from b decays (next slide)
25570
D±
Measure Ds, D+ mass difference
• Ds± - D± mass difference
– Both D  f (fKK)
 m=99.28±0.43±0.27
MeV
• PDG: 99.2±0.5 MeV
(CLEO2, E691)
– Systematics dominated by
background modeling
Brand new CDF
capability
11.6 pb-1
~1400
events
~2400
events
Measure Cabibbo-suppressed decay rates
(DKK)/(DK) = (11.17±0.48±0.98)% (PDG:
10.83±0.27)
–Main systematic (8%): background subtraction (E687, E791, CLEO2)
Already (PDG:
comparable!
(D)/(DK) = (3.37±0.20±0.16)%
3.76±0.17)
• several ~2% systematics
–This measurement has pushed theFuture?
state of the art on modeling SVT sculpting--essential
simulation tools for both B physics- program
and e.g. high-pT b-jet triggers
CP violation
- mixing
- rare decays
Monster K
reflection here ...
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 st
W / Z  H 0  qq '  bb
Expect:
600 events
6 dt
Observe:
580 events
ZH 0       bb
ZH 0   bb
Expect: 3.20.7 st
Observe: 5
Expect: 39.24.4 st
3.90.6 dt
Observe: 40 st
4 dt
VH Production Cross Section Limit
95% CL Limit is
about 30 times
higher than SM
prediction for Mhiggs
= 115GeV/c2.
トップクォーク対生成候補事象
Jet1
(b-tagged)
Muon
Jet4
Jet3
(b-tagged)
Jet2
Muon + Missing ET + 4Jets event(with 2b-tagged jets)
トップクォーク対生成断面積
積分ルミノシティー＝56.4±3.4 pb-1
トップクォーク対生成候補事象(b-ジェットを含むW+3,4ジェット事象）
15事象検出
バックグラウンド期待値
4.3±0.5 事象
Wbb, Wcc, mistag 2.3±0.3
Wc
0.4±0.1
non-W
1.0±0.4
WW, ZZ, Z→ττ 0.2±0.05
single top
0.4±0.1
σ(t t) = 5.5±1.9(stat) ±0.8(syst) pb
理論予言値 6.5 pb
B Hadron Lifetimes
• All lifetimes equal in spectator model. Heavy Flavor Averaging Group
Differences from interference & other
nonspectator effects
• Heavy Quark Expansion predicts the
lifetimes for different B hadron
species
t ( B )  t ( B0 )  t (BS )  t (b ) ≫t (Bc )
• Measurements:
B0,B+ lifetimes measured to better than
1%!
Bs known to about 4%
LEP/CDF (Run I) b lifetime lower than
HQE prediction
• Tevatron can contribute to Bs, Bc and
 (and other b-baryon) lifetimes.
http://www.slac.stanford.edu/xorg/hfag/index.html
B hadron
Average lifetime (ps)
B0
B+
Bs
Bc
1.534±0.013
1.653±0.014
1.439±0.053
0.46 0.18
0.16
b
1.2330.078
0.076
B+, B0 Lifetimes in J/ Modes
t(B0) 1.63  0.05(stat.)  0.04 (syst.) ps
t(B+) 1.51  0.06(stat.)  0.02 (syst.) ps
Trigger
on low pT
dimuons (1.5-2GeV/m)
Fully reconstruct
 J/, (2s)m+m
 B+ J/K+
 B0  J/K*, J/Ks
 Bs  J/f
 b J/
Proper decay length:
Lxy Lxy mB
ct 

b
pT
Bs Lifetime
Bs→J/ψ Φ with J/ψ→μ+μ- and Φ→K+KB+→ J/ΨK+, B0 →J/ΨK*0 check technique, systematics
Bs lifetime - PDG 1.461 ± 0.057 ps
1.33 ± 0.14(stat) ± 0.02(sys) ps
mB
ct  Lxy B
pT
b の寿命・分岐比
• bJ/ （J/m+m , p ）モードで寿命を測
定
– これまでの LEP/CDF の寿命測定はbclモード primary
Lxy
65 pb-1
m

p
+
m
469 signal
t  b   1.25  0.26  stat.  0.10  syst. ps
First lifetime from fully
reconstructed Λb decay!



 p p  b X Brb  J /
• 分岐比
の測定
 p p  B0 X BrB0  J /K 0 s 

山下智弘（岡山大）博士論文解析中
B Hadron Masses
• Measure masses using fully
reconstructed BJ/X modes
• High statistics J/m+m and
(2s)J/+ for calibration.
• Systematic uncertainty from
tracking momentum scale
– Magnetic field
– Material (energy loss)
• B+ and B0 consistent with
world average.
• Bs and b measurements are
world’s best.
CDF result:
M(Bs)=5365.5 1.6 MeV
World average: M(Bs)=5369.60 2.40 MeV
CDF result:
M(b)=5620.4 2.0 MeV
World average: M(b)=5624.4 9.0 MeV
RunIIで
期待される
物理の成果
この増強中止による影響は現在使用
中のシリコン飛跡検出器8層のうち
最内層から3層が2008年ごろに放射
線損傷により使用不能となることで
ある。
物理の成果がこれによって受ける影
響はヒッグス粒子の直接探索可能な
質量が５GeV程度低下することであ
る。
LHCが物理成果を出し始めるまでは、
CDF実験が世界最高エネルギーの加
速器を用いた唯一のトップ・ファク
トリーであり、ヒッグス粒子の探索
が可能な実験であることは変わりが
ない。
今後、状況の変化に応じて最内層の
シリコン飛跡検出器を交換して増強
することは可能なので、その準備は
進めておく。この交換を行えば、測
定器の性能低下は改善される。
New Particle decaying to J/π+π
Belle observes narror state
final state J/π+π
• exclusive: B+ →J/π+π K+
• 35.7 ±6.8 events
• possibly charmonium
• mass is unexpected
• shown August 12, 2003
CDF confirms this September 20
• final state J/π+π
• mostly prompt prodction
• 709±86 events

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