【研究分野】素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

【研究領域課題番号】17K14268 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

素粒子標準模型 / 超対称性 / LHC加速器 / ATLAS実験 / データ収集システム / エレクトロニクス / FPGA / DAQ / 素粒子 / 陽子陽子衝突 / トリガーシステム / 宇宙の始まり / LHC / ATLAS / トリガ / 素粒子実験 / 加速器

【研究成果の概要】

本研究課題ではCERN研究所の最高エネルギー陽子陽子衝突型加速器LHCにおいて、ATLAS検出器を用いた高純度の衝突データ取得を可能にするデータ収集システムを構築し、高統計データを用いて超対称性粒子の発見に挑戦した。多くの異なる検出器を有機的に統合することで、大幅な背景事象抑制を可能にするトリガーシステムの構築を完遂した。取得した大統計衝突データを用いて超対称性粒子の探索を行い、100 GeVからTeVのオーダーの質量を持つ超対称性粒子グルイーノ、電弱ゲージーノの研究を遂行した。本研究成果によって超対称性模型の理解を大きく進め、今後の素粒子標準模型を超えた新しい理論の研究の重要な指針となった。

【研究の社会的意義】

本研究の成果として、最新のエレクトロニクスの技術を駆使し先進的なトリガーシステムの構築に成功した。高速データ通信技術と大規模回路実装技術を組み合わせることで、リアルタイムの大規模データ処理を実現した。これは将来の加速器実験の大規模データ収集システム系の基礎となる重要な成果である。
また未開拓であった100 GeVからTeVスケールの質量を持つ超対称性粒子の理解を大きく進めることができた。この新たに得た知見は素粒子標準模型を超える新しい物理理論の今後の研究指針となる重要な成果であり、学術的意義は大きい。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

【研究領域課題番号】26247037 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

宇宙線 / 加速器実験 / 国際協力 / 実験核物理 / 素粒子実験 / 国際研究者交流 / ラージハドロンコライダー / CERN / 加速器 / LHC / RHIC

【研究成果の概要】

超高エネルギー宇宙線の観測手段である空気シャワーの精緻な理解のため、２つの衝突型加速器、CERN LHC及びブルックヘブンRHICにおいて、超前方生成ガンマ線、中性子、及び中性π中間子のエネルギースペクトル測定を行なった。宇宙線エネルギーとして10**14eVから10**17eVに至る幅広いエネルギーにおいて宇宙線ハドロン相互作用の研究を行ない、超前方粒子スペクトルの衝突エネルギー不変性「ファイマンスケーリング」の検証を行なった。さらにLHC ATLAS検出器との連動解析を行い、回折的散乱と非回折的散乱それぞれからの超前方ガンマ線生成スペクトルを明らかにした。

【研究の社会的意義】

超高エネルギー宇宙線の空気シャワー観測において、特に衝突エネルギーの大部分を担う超前方への粒子生成について、加速器実験データの不在による不定性が問題だった。本研究は、これまでで最高エネルギーである10**17eV相当の宇宙線が起こす超前方粒子生成について、LHCを用いた測定を行い初めて明らかにした。さらに、RHICでの測定を行い、単一検出器による10**14eVから10**17eVの幅広いエネルギー領域における系統的な超前方粒子生成データを取得し、衝突エネルギー依存性を明らかにした。また、RHICでの測定は偏極陽子陽子衝突での超前方測定として新しい核子構造研究の道を開くと期待される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】40,690千円 (直接経費: 31,300千円、間接経費: 9,390千円)

【研究分野】素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

【研究領域課題番号】25287056 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高エネルギー宇宙線 / 衝突型加速器 / カロリーメータ / 原子核衝突実験 / LHC / ハドロン相互作用 / 宇宙線 / 加速器 / 高エネルギー原子核反応 / LHC加速器 / 放射線計測 / ハドロン反応

【研究成果の概要】

高エネルギー宇宙線は空気シャワー現象を通して観測される。空気シャワー発達の素過程を理解するために加速器陽子陽子衝突データが利用されているが、本研究は将来の軽原子核衝突のための検出器の基礎開発である。既存のシリコンピクセル検出器とタングステン板を利用したカロリーメータを製作し、シャワー中の複数粒子の測定に成功した。またシミュレーション計算によって、LHC 酸素酸素衝突を実現した場合、ピクセルサイズ 2mm程度が最適であることを明らかにした。新しい検出器の必要性は、 LHC forward physics working groupが編纂したレポートにまとめ公表された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【配分額】18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)

【研究分野】素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

【研究領域課題番号】20740130 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超高エネルギー宇宙線 / 相互作用モデル / シンチレータ / LHC原子核衝突 / 宇宙線 / 宇宙物理 / 加速器 / 放射線、X線、粒子線 / 最高エネルギー宇宙線 / LHC加速器 / ハドロン相互作用

【研究成果の概要】

欧州合同原子核研究機関(CERN)・LHC加速器における将来の原子核衝突を用いた相互作用検証実験の可能性を探った。現在のLHCf実験装置の利用を仮定した時、既存モデルの弁別・粒子多重度・放射線損傷の観点から、窒素衝突に対して重要な実験が可能であるが、鉛衝突では装置設計の変更が必要であることが明らかになった。また、放射線損傷を抑えるために、無機結晶シンチレータGSOの基礎特性を測定し、現在用いているプラスチックシンチレータと同じ性能で高い耐性が得られることが明らかになった。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2008 - 2009

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

【研究領域課題番号】13440085 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

加速器 / 超伝導電磁石 / Nb_3Al超伝導線材 / Large Hadron Collider / 超伝導四極電磁石 / 超伝導線材 / LHC / 超伝導体 / 四極超伝導電磁石

【研究成果の概要】

エネルギーフロンテイアの物理を担う高エネルギー加速器用超伝導磁石では、高精度、高磁場であることが要求される。現在、CERNでは、LHC(Large Hadron Collider)が建設中であり、高エネルギー加速器研究機構は、その衝突点近傍の超伝導四極磁石の開発製作を担当している。この加速器が完成した後、長期に亘って高エネルギー物理をリードするためには更なる加速器性能の向上が必要であり、そのためにはより強力な二極、四極電磁石要求される。それら磁石の開発の第一歩として、1)量産超伝導四極磁石における各種特性の統計的データの収集と将来の高磁場超伝導磁石開発に必要な基礎データの蓄積、2)高磁場超伝導線材(急熱急冷法Nb3Al)の開発研究を行った。
1)においては、LHC用に量産した16台の超伝導四極磁石の冷却・励磁・磁場測定を行い、機械特性、磁場特性に関する各種データの蓄積を行った。これらデータは、将来の高磁場超伝導磁石開発の基礎となると思われる。2)に関しては、Nb_3Al線材の10〜15T領域における臨界電流密度の向上を目指し、線材製作条件の最適化のための基礎研究を行った。本研究で目標とした2000A/mm^2@10T,4.2Kの電流密度に達することは出来なかったが、今まで20T以上の高磁場領域での特性しか研究されていなかったNb_3Al線材の低磁場(10〜15T)特性が明らかになり、今後の高電流密度化に有益な知見が得られた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2001 - 2003

【配分額】13,400千円 (直接経費: 13,400千円)