| Project/Area Number |
21H04462
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
郡司 卓 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (10451832)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大山 健 長崎総合科学大学, 工学研究科, 教授 (10749047)
関畑 大貴 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (70844794)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥41,860,000 (Direct Cost: ¥32,200,000、Indirect Cost: ¥9,660,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
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| Keywords | 高エネルギー原子核衝突 / クォーク・グルーオン・プラズマ / 強相関系 / 相対論的流体力学 / 粒子検出器やデータ処理 |
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| Outline of Research at the Start |
LHC加速器を用いた高エネルギー原子核衝突は、ビッグバン直後の極初期宇宙状態を再現し、クォークが閉じ込めから解放された「クォーク・グルーオンプラズマ（QGP）」を生成する。QGP物理に特化したLHC-ALICE実験は、QGP物理のさらなる飛躍を目指し、検出器群の大規模高度化を進めている。これまでのTPC測定器の高度化開発実績とALICE実験内の先導性を踏まえ、QGP物性における新たな探針「重クォークと電子対」の高精度測定を推進する。従前の100倍以上の高統計データを取得し、QGPの熱力学性質、流体的時空発展、QGPが持つ輸送特性の温度依存性を解明し、素粒子が支配する強相関系の全容を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究にて着目する「重クォークと電子対」の高精度測定を可能にすべく、2021年に郡司は、ALICE実験のランコーディネーターとして、新しい測定器と新しいデータ収集系が問題なく動作することを、LHCのパイロットランで実証した。2022年は、ALICE実験高度化を用いた第３期運転期間の開始である。7月から陽子＋陽子衝突を開始し、大山らは、FPGAによるTPCのデータ処理、特に、2021年度実装した、コモン・ノイズ処理フィルタ、ペデスタル除去フィルタ等に引き続き問題ないことを確認した。TPCの空間電荷補正に関しては、2021年度は3次元の空間電荷密度を使った補正を機械学習で行ってきたが、2022年は、3次元での補正の前段階として、1(動径方向)+1（時間方向）次元の補正でどこまで達成できるのかを検証した。また、アルゴリズムも、Random Forest, XG boost, Neural Networkの3種類を試し、内包するパラメータに対する依存性も調査した。2022年度は、解析のフレームワークの整備と2022年初期データの物理解析に大きな進展があった。関畑は電子対の解析フレームワークの整備を進め、電子同定、外部変換電子対による同定能力の評価、不変質量分布やバックグランドの評価を進め、低い衝突レートのデータに対して、不変質量分布を算出し、ベクトル中間子からの電子対の同定に成功した。また、ハドロン崩壊を用いた重クォークメソンの同定にも成功している。衝突レートが高いデータに対しては、引き続き、キャリブレーションが進行中であり、次年度以降に解析を行う予定である。また、当初、鉛＋鉛衝突が11月に予定されていたが、電力事情により、2023年に延期された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2022年に、LHC第３期運転が開始され、ALICE実験も7月初めから順調にデータ収集を開始した。低い衝突レートのデータに対しては、データ解析が進み、関畑を中心として、解析のフレームワークを作りながら、解析を進めた。TPCデータの最終データ校正、電子同定能力の評価、電子と陽電子の不変質量分布、バックグランドの除去など、一通りの解析を進め、LHC第2期運転と無矛盾な結果が出せていることを確認した。解析準備としては、順調に進展している。また、関畑は現場にてランマネージャーを務めるなど、実験運用にも大きく寄与している。高い衝突レートのデータに対しては、依然として、様々な確認作業とキャリブレーションを続けている。次年度のデータ解析に使用予定である。TPCの空間電荷補正に関しても、一定の進展が見られた。これまで3次元で行っていた補正を、その前段階処理として、1+1次元に下げ、アルゴリズムもRandom Forest, XG boost, Neural networkを試し、計算時間や資源に関するベンチマークも進め、より系統的な検証を進めた。実データを使うところまでは至っていないが、モンテカルロデータを使って、多くの領域で要求性能に達していることを明らかにした。実データを使った評価、補正しきれていないところの対応（1+1次元から3次元へ拡張）を含め、補正機構の完成が次年度の目標になる。こちらも概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度は、最高エネルギーでの陽子＋陽子衝突に加えて、第３期運転期間中に初となる最高エネルギーでの鉛＋鉛衝突が行われる予定である。衝突頻度は、2018年の5倍であり、データに関しては、連続読み出しとリアルタイム処理により、2018年の100倍を見込む。次年度の研究推進方策として、(1) TPC空間電荷補正機構の完成。高レートの陽子＋陽子衝突を使った実データに対する実証を進め、さらに、補正しきれていないところは3次元で補正するなど、新たな改善点を検証し、空間電荷補正機構を完成させる。(2) データ解析を進める。高レートの陽子＋陽子衝突データに対するデータ解析を行い、陽子＋陽子衝突に対して、電子対や重クォークメソンやバリオンの不変収量の測定を進める。さらに、QGPと同じような現象が見えている陽子＋陽子衝突の高粒子多重度事象に着目し、電子対崩壊による仮想光子を測定することで、陽子＋陽子衝突の高粒子多重度事象における熱光子の探索などを進める。鉛＋鉛衝突データに対しては、品質確認やキャリブレーションなどを進め、データ解析の前段階作業を終了させる。
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