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Search for physics beyond the Standard Model by studying lepton universality in B meson decays

Research Project

Project/Area Number 22H00144
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
Research InstitutionHigh Energy Accelerator Research Organization

Principal Investigator

石川 明正  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, 准教授 (40452833)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 古賀 太一朗  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 (10834468)
周 啓東  名古屋大学, 高等研究院(素粒子), 特任助教 (50833191)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥41,860,000 (Direct Cost: ¥32,200,000、Indirect Cost: ¥9,660,000)
Fiscal Year 2025: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Fiscal Year 2024: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
Fiscal Year 2023: ¥14,560,000 (Direct Cost: ¥11,200,000、Indirect Cost: ¥3,360,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
Keywordsレプトン普遍性 / B中間子タウオニック崩壊 / 高速軽量ピクセル検出器 / 低消費電力アンプ / 飛跡トリガー / 素粒子実験 / レプトクォーク / 半導体検出器 / SOIピクセル検出器 / 対称性の破れ / 荷電ヒッグス粒子 / 新物理探索 / タウレプトン / B中間子レプトニック崩壊 / B中間子セミレプトニックタグ / B中間子ハドロニックタグ / Belle II 実験 / 大統一理論
Outline of Research at the Start

現在、素粒子実験において素粒子標準理論のほころびが見え始めている可能性がある。標準理論ではレプトンの種類によらず性質は同じというレプトン普遍性が成り立つ。しかし、クォークを含むB中間子の二つの崩壊B→D(*)τνと B→K(*)μμでレプトン普遍性が破れている可能性があるという結果が複数の実験から発表された。もし、これが本当であれば素粒子物理の一大革命が起こり、新たな素粒子理論を打ち立てる最初の結果となり得る。本研究ではBelle II 実験でB中間子崩壊でのレプトン普遍性を検証する事と、レプトン普遍性の検証を加速するSOI技術を用いた高速軽量半導体ピクセル崩壊点センサーの開発を行う事である。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は2つあり、一つは Belle II 実験において、B中間子崩壊におけるレプトン普遍性の検証を行うこと、もう一つはレプトン普遍性の検証を向上させる高速軽量ピクセル検出器を開発することである

B中間子崩壊でのレプトン普遍性の研究においては3つの解析を行った。B→D(*)τν 崩壊においては多変量解析を用いた背景事象の削減、背景事象の分布の決定、シグナルの抽出方法の検証を行った。また、 B→D(*)τνでのレプトン普遍性の解析で分母となる B→D(*)lν(l=e or μ)の解析を行い、国際会議で発表を行った。セミインクルーシブ手法を用いたB→Xsμμの解析に関しては、Xsの娘粒子が多い時の背景事象削減をするための背景事象削減方法の研究を行った。セミレプトニックタグを用いたB→τν 崩壊に関しては、この研究課題に新たに追加した解析である。この崩壊はレプトン普遍性および荷電ヒッグス粒子に感度がある崩壊であり、重要な崩壊モードである。まずはシグナルの再構成を始めた。

ピクセル検出器の開発においては、DuTiP1 の放射線源を用いた検出効率の測定を行った。回路のバイアスを最適化することにより (98±2)%の検出効率を得た。この誤差が大きいのはエネルギーの低い放射線源からのβ線を用いていることにより、セットアップに制限がかかることが原因である。ピクセル上のデジタル回路においては、テストパルスを用いて時間分解能の評価を行った。11ns程度の時間分解能を得た事から63nsのデジタル回路のパルス幅には十分収まる事がわかった。しかし、ピクセル後とのばらつきが大きい事も判明したので、その対策を考えている。DuTiP2においては読み出しボードの設計と開発を行い、性能評価を行う準備は整った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

物理解析においては予定通り進んでおり、さらに新たな崩壊モードを追加したことから、当初の計画通りに進んでいると言える。
ピクセル検出器については DuTiP1 の検出効率が十分高い事を示し、デジタル回路の時間分解能も予測通りの結果が出たことに関しては順調に進んでいる。しかし、DuTiP2の検証に着いてはやや遅れている。

以上を総合的に判断し、概ね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

B→D(*)τν 崩壊においてはモンテカルロシミュレーションによる解析を終わらせ、データを用いた解析に移り、結果を論文にまとめる。B→Xsμμの解析に関しては、ミューオン識別効率が Belle II 実験では低いことが判明した。これは検出器自身と言うよりはソフトウェアの改善が必要なことによる。機械学習を用いたミューオン識別ソフトウェアの開発を行い、感度向上を目指す。B→τν 崩壊に関しては、シグナルの再構成と背景事象の削減を行い、モンテカルロシミュレーションでの最適化を行う。その後、データとシミュレーションの違いを見積もる。

ピクセル検出器の開発においては、DuTiP1 の量子ビームを用いた測定を行い、誤差の小さい見積もりを行う。また、DuTiP2の読み出しファームウェアの開発を行う。アナログ回路に関しては、テストパルス回路が大きな寄生容量を持つことから、テストパルスに反応しない問題に対して様々なシミュレーションを行う。そして改善点がみつかりしだい、小型のテスト用チップに実装するために設計を見直しを行い、設計・製作を行う。

Report

(2 results)
  • 2022 Comments on the Screening Results   Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 9 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Int'l Joint Research] DESY(ドイツ)

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      2022 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] McGil University(カナダ)

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  • [Presentation] Belle II実験189 fb-1データにおけるハドロニックタグを用いたR(D*)測定結果2023

    • Author(s)
      児島一輝, 飯嶋徹, 周啓東, 松岡広大, 古賀太一朗, 中村克朗, 原康二, 他 Belle II Collaboration
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会, 2023
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  • [Presentation] Super KEKB 超高輝度化に対応するために開発されたBelle II バーテックス検出器用ピクセルセンサー DuTiP の開発状況2023

    • Author(s)
      坪山透, 新井康夫, 幅淳二, 石川明正, 高柳武浩, Taohan Li
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会, 2023
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  • [Presentation] Recent Dark Sector Results from Belle II2023

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      Akimasa Ishikawa
    • Organizer
      International Conference on Physics of Two Infinities
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Recent highlights from the Belle II experiment2023

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      Tristan Fillinger
    • Organizer
      International Conference on Physics of Two Infinities
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  • [Presentation] Recent Belle II results on the CKM parameters |Vcb| and |Vub|2022

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      Taichiro Koga
    • Organizer
      International Conference on High Energy Physics, 2022
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  • [Presentation] Belle II 実験におけるハドロニックタグを用いたR(D(*))測定2022

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      児島一輝, 飯嶋徹, 周啓東, 松岡広大, 古賀太一朗, 中村克朗, 原康二, 他 Belle II Collaboration
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      日本物理学会 第77回年次大会, 2022
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  • [Presentation] Development and Performance of the Belle II DAQ upgrade2022

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      周啓東
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Belle II 新読み出しシステムの開発と運転状況2022

    • Author(s)
      周啓東、山田悟、伊藤領介、中尾幹彦、 鈴木聡、 救仁郷拓人、Yun-Tsung Lai, 樋口岳雄、 Patrick Robbe, Daniel Charlet, Eric Jules, Harsh Purwar, Diptaparna Biswas, M. Bessner, O. Hartbrich, Eric Plage, Monique Taurigna, Piotr Kapusta, K. Nishimura, G. Varner and R. Sugiura
    • Organizer
      日本物理学会 第77回年次大会, 2022
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    • Author(s)
      Akimasa Ishikawa
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  • [Presentation] Recent dark sector results from accelerator experiments ~Belle II and LHCb~2022

    • Author(s)
      Akimasa Ishikawa
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      石川明正
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    • Invited
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      石川明正
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    • Author(s)
      Akimasa Ishikawa
    • Organizer
      The 31st International Workshop on Vertex Detectors (VERTEX 2022)
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] The DuTiP Pixel Detector for Belle II Upgrade2022

    • Author(s)
      Akimasa Ishikawa
    • Organizer
      Flavor Physics Workshop 2022
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  • [Funded Workshop] The 31st International Workshop on Vertex Detectors (VERTEX2022)2022

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Published: 2022-04-19   Modified: 2025-04-17  

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