| Project/Area Number |
23KK0057
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (International Collaborative Research)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
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| Research Institution | Nara Women's University |
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Principal Investigator |
蜂谷 崇 奈良女子大学, 自然科学系, 准教授 (10589005)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
糠塚 元気 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (00824864)
下村 真弥 奈良女子大学, 自然科学系, 准教授 (70555416)
秋葉 康之 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 室長 (80192459)
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| Project Period (FY) |
2023-09-08 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥20,930,000 (Direct Cost: ¥16,100,000、Indirect Cost: ¥4,830,000)
Fiscal Year 2026: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2025: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
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| Keywords | クォーク・グルーオン・プラズマ / sPHENIX実験 / RHIC加速器 / ジェット / エネルギー損失 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、ハード散乱で生じるジェットを用いて、高エネルギー重イオン衝突で生成されるクォークグルオンプラズマ(QGP)の物性の解明に取り組む。RHIC加速器sPHENIX実験で2024年に陽子衝突、2025年に金原子核衝突実験を行う。この期間、シリコン飛跡検出器INTTを安定稼働させジェット測定に必要な高統計データを収集する。 また収集したデータを用いて金原子核衝突の衝突形状とジェットの運動量分布を同時に測定し、陽子衝突の結果と比較することで、ジェットがQGP中で損失するエネルギー量を衝突形状毎に決定する。これによりエネルギー損失量の法則性を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年に始まった国際共同実験sPHENIXでは、クォークグルーオンプラズマ(QGP)中のエネルギー損失機構を解明し、QGPの物性を明らかにすることを目的にする。 2024年は陽子－陽子衝突実験のデータを収集した。 陽子－陽子衝突では、QGPが生成されないため比較基準を与える重要なデータであり、大量のデータを収集することが必須であった。 同年11月まで行われた実験で、蜂谷、共同研究者、学生らは、交代で全期間BNL研究所に滞在し、 当初の想定の2倍に相当する大量の陽子衝突データを収集した。 同データ収集期間の終盤では、金－金衝突による試運転を行った。
我々が運転を担当しているストリップ型シリコン飛跡検出器INTTでは、陽子衝突および金－金試運転の全期間で安定してデータ収集することができた。 データ収集量を劇的に高める新技術”ストリーミング方式”の実装とデータ収集にも成功した。 INTTによる粒子の飛跡再構成や再構成した飛跡による陽子衝突点の位置決定については、計算方式の改善を行い、精度や効率が大きく改善した。 またINTTで測定した荷電粒子数は、sPHENIX実験の最初の論文として学術雑誌に投稿し、現在査読中である。
2024年度までのINTTの運転状況およびデータ解析をまとめた結果を分野最大の国際会議の１つであるHardProbes2024でポスター報告し(タイトル：Intermediate Silicon Tracker in sPHENIX at RHIC)、Goodポスター賞に選ばれた。 また2024年度の2度の日本物理学会にて、sPHENIXおよびINTTのデータ解析結果を計4件報告した。
ジェット－光子相関測定については、全sPHENIX検出器を組み合わせたジェットおよび直接光子測定を進め、陽子－陽子衝突で測定した最初の暫定結果を国際会議で報告した。
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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
2024年のsPHENIX実験期間では陽子－陽子衝突実験において、予定の2倍に相当するデータを収集することができた。我々が担当しているストリップ型シリコン検出器INTTや、2023年度に試運転が完了した電磁カロリメータ、ハドロンカロリメータに加えて、昨年の加速器故障により試運転が完了しなかったシリコンピクセル検出器MVTXや飛跡検出器TPCも、同年8月以降調整が完了した。 またINTT,MVTX,TPCの全ての飛跡検出器でストリーム方式によるデータ収集に成功し、データ量をさらに増やすことができた。 これらによりsPHENIX全検出器によるデータを用いたジェットや直接光子測定のための物理解析が可能になった。
INTTのデータ品質や飛跡再構成を行うソフトウェアの開発も進み、データ収集直後の稼働領域の確認などが可能になった。 ここからINTTの飛跡再構成の効率84％を達成し、衝突位置決定では測定法を改善することで1㎝以下の分解能での測定が可能になった。
本研究では、金－金衝突事象を生成粒子密度や反応平面を用いて、QGPを条件分けし、エネルギー損失の大きさを系統的に測定する。試運転で収集した金－金衝突データを用いて、INTTやミニマムバイアス検出器(MBD)を用いた反応平面の測定を行い、最初の暫定結果を得ることに成功した。 また、sPHENIXではカロリメータを用いたジェット測定や直接光子に向けて、検出器のエネルギー校正が進み、最初の結果を得ることができた。 これまでのところデータ収集およびデータ解析の準備は順調に進んでいる。
2024年、日本で開催した国際会議HardProbes2024は、ジェットなどを用いたQGP測定に特化した分野最大の会議であり、蜂谷、共同研究者らはその主催者として会議を運営した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2025年は金－金衝突の実験を行う。 実験の最終年度であり、データを大量に収集する必要がある。 RHIC加速器は故障以降から復旧したが、2025年に初の金－金衝突を用いた全力運転を行う。金－金衝突は陽子－陽子衝突に比べ、バックグラウンド粒子が多くなるなど、厳しい環境での運転となり、検出器の運転にも一層の注意が必要となる。 また、2023年度の中断を取り戻すために、2025年は予定よりも長期間データ収集を継続することが計画されている。 これに合わせ、BNL研究所での活動計画を共同研究者を含め調整する。
また2024年に収集した陽子－陽子衝突データを用いて、電磁カロリメータ、ハドロンカロリメータを組み合わせたジェット測定の開発をさらに進める。
すでに最初に結果が得られており、この結果をまとめるために注力する。
また、これまで開発を進めてきたINTTを核とした飛跡再構成を拡充し、 カロリメータなどと組み合わせることで運動量分解能の大幅な改善を図る。これにより、ジェットの内部構造やウプシロンなどの測定に進める。
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