CDHS実験

CDHS は1976 年から 1984 年までデータを取得した CERN のニュートリノ実験でした。この実験は正式にはWA1と呼ばれていました。CDHS はCERN、ドルトムント、ハイデルベルク、サクレー、後にワルシャワのグループの共同作業でした。共同作業はジャック・スタインバーガーが主導しました。この実験は鉄における深部非弾性 ニュートリノ相互作用を研究するために設計されました。

検出器のコアは19個（後に20個）の磁化された鉄製モジュールで構成されていた。これらのモジュール間のスペースには、トラック再構成用のドリフトチャンバーが設置されていた。さらに、プラスチックシンチレーターが鉄に挿入されていた。したがって、各鉄製モジュールは、ニュートリノが衝突してハドロンシャワーを生成する相互作用ターゲット、それらのハドロンのエネルギーを測定するカロリメータ、および磁気偏向によって生成されたミューオンの運動量を決定する分光計として連続的に機能した。^{[1] [2]}

1976年に完成した当時、検出器全体の長さは20メートル、重さは約1250トンでした。

実験はCERNの西エリアの182号館で行われた。ニュートリノ（および反ニュートリノ）は、スーパープロトンシンクロトロン（SPS）から約400 GeVのエネルギーの陽子をベリリウムターゲットに照射して生成された。^[1]

この実験は、1973年7月にジャック・スタインバーガー率いるグループによって2つの部分からなる検出器として初めて提案された。前部はニュートリノ標的およびハドロンシャワー検出器として機能し、後続の2番目の部分はミューオンの痕跡を検出することになっていた。^{[3]サクレー、ドルトムント、ハイデルベルク、CERNの4つの提案グループが、専門知識と人員を補完的に提供することが計画されていた。たとえば、サクレーは}ドリフトチャンバーを担当し、CERNは鉄心磁石を担当することになっていた。また、この実験にCERNドルトムントハイデルベルクサクレー（CDHS）という名前を付けたのもこの4つのグループだった。最終的な実験グループは約30人で構成されることになっていた。[ 4 ^]

提案の承認と利用可能な資金の分配を担当するSPS委員会との長期にわたる議論の後、新しい検出器の更新された提案が1974年3月に提出されました。提案された検出器は、ドリフトチャンバーとプラスチックシンチレーターを組み合わせた磁化鉄モジュールで構成されるモジュール式セットアップでした。^[5]この新しい提案は1974年4月に委員会によって承認されました。その後すぐに建設が開始され、1976年に完了しました。この実験の正式名称は、CERNの西エリアで承認された最初の実験であったため、WA1でした。検出器の推定コストは600万〜800万スイスフランでした。^[3]

1979年、実験装置のアップグレードが提案された。^[6]このアップグレードの主な理由は、19個の検出器モジュールのうち8個の解像度が比較的低かったためである。この状況は、12個の新しくてより良いモジュールを挿入することで改善されるはずであり、その結果、若干長くなり、精度が大幅に向上した装置となる。提案には、アダム・パラ率いるワルシャワ大学のグループをプロジェクトに参加させるという提案も含まれていた。1980年夏以降、スーパープロトンシンクロトロン（SPS）が長期間停止したことから始めて、要求された変更が実施された。最終的に、実験のターゲットカロリメータの半分が交換され、検出器モジュールの総数は19から20に増加した。これにより、生成された粒子の空間解像度が4倍になり、蓄積されたハドロンエネルギーの測定精度が25％向上した。さらに、4つの新しいドリフトチャンバーが設置され、ミューオントラックの再構成が改善された。^{[7] [8]その後、}陽子の構造関数を測定するためのターゲットとして、検出器の前に液体水素タンクが追加されました。^[9]

CDHS は 1976 年後半から 1984 年 9 月まで SPS によって配信されたニュートリノのデータを取得しました。

CDHS実験の科学的目標は、高エネルギーニュートリノの相互作用を研究することであった。入射ニュートリノ（または反ニュートリノ）が標的の鉄と相互作用するとき、荷電電流（
ν
+鉄→
μ⁺
+ 何か）または中性電流（
ν
+ 鉄 →
ν
+ 何でも）イベントを生成できる。^[2]

この実験の主な目的の1つは、中性ニュートリノと荷電ニュートリノの包括的断面積の比を決定することであり、そこからワインベルグ角を推測することができる。^[10] 中性電流は、以前にガルガメル実験によって発見されており、ワインベルグ角の最初の推定値も提供していた。その結果はCDHSによって確認され、はるかに高い精度で測定され、テバトロンで発見される前にトップクォークの質量を約±40 GeVの精度で予測することができた。^{[11] [10]}

標準モデルにおける電弱相互作用に関する他の測定には、2ミューオンと3ミューオンのイベントなど、複数のミューオンの測定が含まれていました。 ^{[12] [13]}

CDHSで得られた結果は、標準モデルがまだテスト段階にあった当時、標準モデルの実験的検証を提供した。この点で重要なステップは、いわゆる「高y異常」の反証であった。yの値はニュートリノ衝突の非弾性を特徴づけるものであり、つまり衝突中に入射するニュートリノがハドロンに伝達するエネルギーの量を測定する。フェルミ国立加速器研究所での実験では、標準モデルに疑問を投げかけるいわゆる「高y異常」が発見された。しかし、CDHSの結果はそれらの発見を反証し、標準モデルを強化した。^[14]

CDHSは核子構造関数を研究し、科学者が量子色力学（QCD）理論を確認することを可能にした。 ^{[15] [8]この研究には、QCD}結合定数 の決定、クォークの（s = ⁠）の検証が含まれていた。${\displaystyle \alpha _{\text{s}}}$1/2⁠）とグルーオン（s = 1）のスピンの相関関係、および強い相互作用のアーベル理論とスカラーグルーオンに基づく理論の両方の反証が示された。^{[9] [15]さらに、実験では}核子 の構造に関する洞察が提供され、核子内のグルーオン、クォーク、反クォークの分布が調べられた。 CDHSの結果は、クォークを点状パートンに割り当てるクォークパートンモデルと一致していた。^{[10]この文脈で、}核子内の価クォークの数は3であることも確認された。 [16]最後に、CDHSの結果により、核子内のストレンジクォークと反クォークの運動量分布を決定することができた。^{[17 ]}

CDHS共同研究の最後の数年間、同研究グループはニュートリノ振動の探索に取り組んでいた。この現象はCERNの大エネルギーニュートリノビームでは確認できなかったが、この試みはニュートリノ振動を発見することになるその後の実験に影響を与えた。^[18]

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