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Study of measurement precision and development of detectors for the Electron Ion Collider

Research Project

Project/Area Number 21J40048
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionHigh Energy Accelerator Research Organization (2022)
Institute of Physical and Chemical Research (2021)

Principal Investigator

清水 志真  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教

Project Period (FY) 2021-04-28 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords陽子構造 / 前方カロリメータ / 電子陽子深非弾性散乱 / 超前方カロリメータ / EIC / 深非弾性散乱
Outline of Research at the Start

陽子構造の理解は、新粒子を探る陽子衝突実験において不可欠であり、その不定性の削減が求められている。一方、アメリカで進められている電子・イオン衝突実験(Electron Ion Collider、EIC)計画は、核子や原子核の内部構造の理解を大きく進めると期待されている。本研究では陽子構造の理解に重点を置き、EIC計画での電子・陽子衝突で現在の理解をさらに深める測定ができるか、また、そのためにはどのような検出器が必要かを研究する。併せて、陽子ビーム前方に置くカロリメータの開発を進める。

Outline of Annual Research Achievements

前年度に引き続き、アメリカで進行中のElectron Ion Collider(EIC)計画における超前方カロリメータ(ZDC)の開発研究を行った。本年度の研究計画通り、実際の設計に向け、ZDCデザインの細部を詰めるための研究を行った。
まず、シミュレーションによってクリスタルカロリメータの材質の評価を行った。光量の少ない材質でも、クリスタルや光センサの性能の悪化がない限りでは要求されるエネルギー分解能を達成できることを示した。また、スイスのCERN研究所で行われたALICE実験用カロリメータFoCalのビームテストに参加し、ZDCでも採用予定のサンプリングカロリメータを使ったデータ取得を行った。また、前年度末に行った光センサの中性子照射テストについて、照射した中性子数を見積り、評価した。
本年度EIC計画では、前年度に複数立ち上げられた準備段階の国際共同実験を統合し、新しく国際大型共同実験ePICが立ち上げられた。本研究でデザインしたZDCは、前年度の共同実験の一つECCE実験に採用されており、新しいePIC実験でもそのまま採用されることとなった。ePIC実験への統合に伴い検出器シミュレーションのフレームワークが変更されたため、本研究のZDCを改めてePIC実験のシミュレーションへ導入した。シミュレーション研究がさらに進むよう、海外から研究者を招聘し共同研究を行い、ZDCについてこれまでの開発内容を引き継いだ。また、EICのビームラインへの設置へ向け、読み出し部の配置等の議論を進めた。この議論をもとに、海外の研究者と協力して実際の設置位置の検討を進め、設置スペースの確認を行った。
加えて、前年度にECCE検出器のフルシミュレーションを用いて進めた、電子・陽子荷電流深非弾性散乱断面積の測定精度の研究について、結果をまとめて日本物理学会で発表した。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (3 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Academia Sinica(その他の国・地域 台湾)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Jefferson Lab/Brookhaven National Laboratory/The University of Kansas(米国)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] University Grenoble Alpes(フランス)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] University of Kansas/Massachusetts Institute of Technology/Jefferson Lab(米国)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] University of Oxford(英国)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Journal Article] Detector requirements and simulation results for the EIC exclusive, diffractive and tagging physics program using the ECCE detector concept2023

    • Author(s)
      Bylinkin A.、Dean C.T.、Fegan S.、Gangadharan D.、Gates K.、Kay S.J.D.、Korover I.、Li W.B.、Li X.、Montgomery R.、Nguyen D.、Penman G.、Pybus J.R.、Santiesteban N.、Shimizu S.、Trotta R.、Usman A. 他(286名)
    • Journal Title

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      Volume: 1052 Pages: 168238-168238

    • DOI

      10.1016/j.nima.2023.168238

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Scientific computing plan for the ECCE detector at the Electron Ion Collider2023

    • Author(s)
      Bernauer J.C. 他(274名)
    • Journal Title

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      Volume: 1047 Pages: 167859-167859

    • DOI

      10.1016/j.nima.2022.167859

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] imulation study of the charged current DIS cross-section measurement at the EIC2022

    • Author(s)
      S. Shimizu for the ECCE inclusive reaction group
    • Journal Title

      RIKEN Accelrator Progress Report

      Volume: 55 Pages: 45-45

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Design of the zero degree calorimeter for the EIC2022

    • Author(s)
      S. Shimizu, Y. Goto, and Y. Yamazaki for the EIC Japan group and the EIC eRD27 collaboration
    • Journal Title

      RIKEN Accelrator Progress Report

      Volume: 55 Pages: 47-47

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Presentation] EICにおけるECCE検出器を用いた電子・陽子荷電流深非弾性散乱弾面積測定の評価2022

    • Author(s)
      清水志真 for the ECCE inclusive reaction group
    • Organizer
      日本物理学会 秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] EIC計画へ向けた超前方カロリメータのデザイン開発2022

    • Author(s)
      清水志真
    • Organizer
      日本物理学会 第77回年次大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] A High Energy Physics Approach to EIC2021

    • Author(s)
      Shima Shimizu
    • Organizer
      Electron-Ion Collider (EIC) Project - Nuclei and nucleons explored by electrons - (一般シンポジウム) 日本物理学会 秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited

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Published: 2021-05-27   Modified: 2024-03-26  

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