| Project/Area Number |
23K20854
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| Project/Area Number (Other) |
21H01101 (2021-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
花垣 和則 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, その他部局等, 理事 (40448072)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
外川 学 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 (50455359)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
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| Keywords | ヒッグス / 湯川結合 / ピクセル検出器 |
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| Outline of Research at the Start |
第2世代フェルミオンの湯川結合定数を測定し，すでに測定されている第3世代フェルミオンの湯川結合定数と比較することで，世代構造の起源がヒッグス場起因であるかどうかを検証する。そのために，ATLAS実験のデータを用いて，ヒッグス粒子がミューオン対に崩壊する事象を探索する。さらなる精度向上のためにはLHC高輝度化が必須であり，それに向けたATLASピクセル検出器モジュール開発を実施する。高い放射線環境下で運転するために要求される温度サイクルに耐えうる堅牢なモジュールの製造手法の確立，および，大量の実機を限られた時間で製造試験するための品質管理方法の確立を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の学術的なゴールは，ヒッグス粒子がミューオン対に崩壊する事象を観測し，ヒッグス粒子とミューオンとの間の湯川結合定数を測定することで，第2世代フェルミオンの質量起源を解明することである。LHC実験の一つであるATLAS実験にて第3期運転で取得するデータの解析とともに，LHC高輝度化計画に向けたピクセル検出器開発を推進し，より高統計を使った高精度での湯川結合測定を目指す。
2022年度はLHCの第3期運転が始まった。これを受け，ヒッグス粒子がミューオン対に崩壊する事象を観測するために鍵を握る検出器の一つである内部飛跡測定用ピクセル検出器の立ち上げに携わった。モニタリングシステムの整備や較正を行うと同時に，高い放射線環境下で動作させるための運用手法の考案と実装を行った。
LHC高輝度化に向けたピクセル検出器開発では，シリコンセンサーと信号読み出し用ICをバンプボンディング接続したのち，フレックス基板回路と接着する。これをモジュールと呼び，モジュール製造手法の確立が本研究のゴールである。1) 実機のモジュール製造は約2年間で2000個以上行う必要がある。この制約を満たすために，必要な試験工程の選別を実施すると同時に，並行して製造および試験を行うための量産設備を整備した。2) ワイヤボンディング保護手法として提案したCFRPによる保護手法を確立させた。3) －40℃から55℃という幅広い温度変化で温度サイクルを繰り返すと，部材の熱膨張率の違いからバンプボンディングが剥がれてしまうという問題があった。これを防ぐための方法として樹脂コーティングが有効であることを示した。
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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
LHCの第3期運転が始まり，本研究チームの一員である研究協力者がCERNの実験現場で，ピクセル検出期立ち上げと運用を主導的に行なっている。
LHC高輝度化に向けたピクセルモジュール製造では，温度サイクルによるバンプボンディング剥がれが深刻な問題であることが共通認識であったが，パリレン樹脂でコーティングすることによりバンプボンディング剥がれを防ぐことができることを示したのは大きな成果である。放射線照射することで樹脂の性質が変わるため，放射線照射後でも有効な手法であるかを試験したところ，試験した個体数は少ないものの，これまでに有意なバンプボンディング剥がれは起きていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は，今年度の研究の延長となる。
LHC実験のピクセル検出器運用に関しては，LHCが高いルミノシティを出していることから放射線ダメージのモニターが重要になっている。Single Event Upsetによりデータ収集を滞らせないための運用手法を継続し，また，電荷収集量を継続的にモニターし，タイムリーな較正やセンサーバイアス電圧の調整を行なっていく。
ピクセルモジュールに関しては，実機量産に向けた準備を継続し，量産を開始できる状態にまでもっていく。並行して，パリレン樹脂によるバンプボンディング剥がれが有効であるか，試験個体数を増やして調査を継続する。
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