2021 Fiscal Year Annual Research Report
Dark Matter Search with Electron-positiron Collider
| Project Area | What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter |
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| Project/Area Number |
20H05858
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
西田 昌平 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 (20370075)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
LAI Yun・Tsung 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 (50873379)
角野 秀一 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (70376698)
原 康二 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, 研究機関講師 (90432236)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Keywords | ダークマター / 加速器 / コライダー / トリガー / アクシオン / B中間子 / 電子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、電子陽電子衝突型加速器SuperKEKBのBelle II 実験のデータを用いてダークマターの探索を行う。Belle II のトリガーはB中間子などのハドロンが生成される事象に最適化されており、ダークマター探索のためのトリガー改良を行っている。より複雑なトリガーアルゴリズムの実装を可能にするために、Belle II で用いられている汎用トリガーボードUT4への置き換えを引き続き進め、ほぼ完了した。また、Belle IIのトラッカーとカロリメータのマッチングを行って孤立した光子を探索することにより、終状態に光子だけが存在するモードの探索を可能にする単光子トリガーの開発を行った。このトリガーは、現在は使われていないが、加速器性能が向上した時には必要になると予想され、将来、利用可能なように研究をすめている。
ダークマター探索の物理解析としては、Belle実験のデータを用いてダークゲージボゾンZ’がミューオン対に崩壊する探索の研究を完了した。Belle実験の実データのトリガー条件や解析サンプルにかかっているセレクションの結果への影響のさらなる研究が必要であることがわかり、詳細な研究を行った。実データの解析したところ。信号はなく、Z’ がミューオン異常磁気能率の理論値と実験値のずれを説明するパラメータ領域の大半を排除した。この結果をまとめた論文が出版された。B中間子の重いQCDアクシオンaへの崩壊を探索する解析は、Belle II のデータを用いてηππ終状態を用いる解析手法を、シミュレーションを用いて研究した。また、aがKsKπに崩壊するモードを用いた解析を開始した。この他、Belle II実験のダークマター探索に関する解析を協力して進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
トリガーの開発については、新型コロナウィルス感染症の影響による供給量不足による部品の納期の遅延などのため、回路の実装やテストの計画に遅延が生じたが、最終的には当初予定していた開発を行うことができた。物理解析についても、オンラインでの打ち合わせなどを活用することにより、当初よりは遅れてはいるものの、研究は着実に進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
トリガーの研究については、より高いバックグラウンドに耐性のあるロジックの開発、および、トリガー性能の評価を継続する。データ解析については、Belle IIでのダークマター探索全体に協力するとともに、QCDアクシオン探索を進める。BelleにおけるダークゲージボゾンZ’の探索を終状態がinvisibleなものの解析へと拡張したり、新たに重点的に取り組む課題を検討する。
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