2019 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | New expansion of particle physics of post-Higgs era by LHC revealing the vacuum and space-time structure |
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| Project/Area Number |
16H06491
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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, 素粒子原子核研究所, 教授 (40448072)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
受川 史彦 筑波大学, 数理物質系, 教授 (10312795)
東城 順治 九州大学, 理学研究院, 准教授 (70360592)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | ヒッグス / 真空の構造 / 湯川結合 / LHC / ATLAS / シリコン検出器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
整備補修および高輝度化に向けたLHC入射器のアップグレードを行うために，LHC加速器が3年間の長期シャットダウンに入った。そのため，本年はデータ収集を行わず，過去3年間に収集した全データを使った物理解析，ATLAS検出器の整備，LHC高輝度化（HL-LHC）に向けたシリコン検出器の開発を実施した。
物理解析においては，ヒッグス粒子がbクォーク対へ崩壊する事象や，タウ粒子を含む終状態へ崩壊する事象を用いて，既知粒子との結合の強さの測定や，未知の粒子への崩壊の探索を行い，素粒子標準模型では予言できない未知の性質をヒッグス粒子が持っていないかどうか精査した。
ATLAS検出器の整備として，シリコンピクセルおよびストリップ検出器の補修作業を行なった。並行して，LHCでは測定器が高い放射線を被曝し続けるため放射線損傷に関する研究を行う最適な環境であることを利用し，種々の放射線被曝の影響を調査した。過去5年間以上にわたる長期モニターを通して，シリコンセンサーの放射線ダメージを記述する模型の正当性を評価し，今後のダメージの予想から長期運用の指針を作った。また，放射線が引き起こす，信号処理用ICのシングルイベント事象の仕組みを解明し，LHCの長期シャットダウン後に効率的にピクセル検出器運用を行うための検討を行なった。
HL-LHCに向けたピクセル検出器開発では，シリコンセンサーの設計を固め，また，信号読み出し用ICとバンプボンディングされたセンサーをフレキシブルプリント基板に搭載，モジュール化する工程の効率化の研究を進めると同時に，ワイヤボンディング保護の手法を開発した。モジュールは過酷な温度サイクルに晒されることから，部材の熱膨張率の違いによりバンプボンディングが剥がれてしまう可能性があることを見出し，そのための対策も開始した。
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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
計画通りLHCが長期シャットダウンに入ったことを受け，当初想定した通りに，過去に取得した全データを使った物理解析，シリコンピクセルおよびストリップ検出器の整備補修作業，高輝度化に向けたシリコン検出器の開発を行なった。加速器のスケジュールに合わせた計画通りの研究内容であり，個々の進捗に関しても，当初予定通りに近い。ただし，LHC高輝度化に向けたシリコン検出器の開発は，ATLAS実験グループとの共同研究であり，種々の仕様決定は本研究グループ内だけでは行えず，また，開発に使用する部材はATLAS実験グループからの供給品も使用する。今回，ATLASグループからのシリコンピクセルモジュール製造のための供給品の納期遅れのために繰り越しを行なったが，その結果，供給品を入手後，予定していたモジュール製造を実施することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き，過去に収集した全データを使った解析を実施し，ヒッグス粒子の性質測定において精度向上を目指す。また，2022年にLHCが運転再開を予定していることから，シリコンピクセルおよびストリップ検出器の整備を継続し，万全の体制でデータ収集を再開できるよう準備する。
高輝度化に向けたシリコン検出器開発では，温度差100℃を越える複数回の温度サイクルにより，バンプボンディングが剥がれてしまう問題があることを認識した。潜在的な問題であることは既知であったが，予想よりも剥がれやすいことがわかってきて，モジュール製造上の最重要課題となりつつある。多くの試作品を温度サイクルさせたことで炙り出された問題であることから，本研究により重要な知見を得たことになるが，今後は解決策を見出すことが喫緊の課題となる。モジュール製造時の接着方法や，熱膨張率を考慮した部材の選定，など多角的な考察から解決策を提案する。
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