2016 Fiscal Year Annual Research Report
New Evolution of Particle Physics at ILC and Development of Calorimeters
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15H02083
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
駒宮 幸男 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (80126060)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ILC / ヒッグス粒子 / 超対称性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ＩＬＣの重要な物理課題であるヒッグス粒子の詳細研究は、標準理論を越える方向を決定する上での突破口となる。ＬＨＣ ＲＵＮ-II での新粒子探索の結果、新粒子生成の兆候は見られなかった。また、以前はヒッグス粒子と他の素粒子との結合の決定にはヒッグス粒子全崩壊幅の測定が必要とされ、このためにはヒッグスとＷボゾンとの結合をILC 500 GeVで測ることが必須であったが、有効場理論を適用することでヒッグス粒子と他の素粒子との結合をILC 250 GeVのヒッグスファクトリーで決定できるようになった。従って、ILC 250 GeVだけでヒッグス粒子と他の素粒子との結合を測ることができ、この測定値の標準理論の予言からのずれのパターンを精査することで素粒子学が今後進むべき方向を決定することができる。実験的には、ハドロンジェットの理想的な測定方法は、それぞれの粒子をその測定を得意とする検出器で測定するのが原則だが、その際に同じ粒子のエネルギーを複数の検出器で測定してダブルカウントすることを防ぐためのアルゴリズム（Particle Flow Algorithm)の研究をさらに深めた。一方、測定器開発に関しても、ＫＥＫ素核研のＤａｎｉｅｌ Ｊｅａｎｓ博士と協力して細密なセグメントを持つシリコン電磁カロリメータの開発を行っている。一方、ハドロンカロリメータの開発ではMEG-II実験で培った光センサーであるMulti-Pixel Photon Counter (ＭＰＰＣ)の開発をさらに進めている。
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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
ILCは重心系エネルギー250 GeVのヒッグスファクトリーとして計画が変更されて、ILCの建設コストも技術設計書の500 GeV の場合に比べ60%程度に大幅に下がった。ILCで最重要な物理であるヒッグス粒子の詳細研究においては、重心系エネルギー250 GeVで2 ab-1の積算ルミノシティで実験をすることを前提として、有効場理論を用いた測定精度を研究し、特にbクォークとヒッグス粒子の結合は1%以下で決定できることが分かった。有効場理論はLHCの13 TeV運転において新粒子が発見されなかったことからその有効性が認められている。例えば、超対称性理論で予言されている2ヒッグス2重項モデルが正しければ、ヒッグス粒子とbクォークの結合はa few %増加し、重いヒッグス粒子が1 TeV以上まで感度があることが分かった。測定器に関しては、細かいセグメントを持ちかつエネルギー分解能が良い電磁カロリメータをKEK素核研と協力して開発してきた。また、ハドロンカロリメータ用のMPPCの開発も進めてきた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2016年12月に盛岡市で開催された International Linear Collider Workshop (LCWS2017)において、ILCをヒッグスファクトリーとする計画の見直しに関して大きな進展があった。2012年に発見されたヒッグス粒子の詳細研究による標準理論を超える物理の方向を決定するという大方針は、重心系エネルギー 250GeVだけで成果を上げることができる。これによってのILCの建設のコストを技術設計書でのコストの60%程度にできる。既に、この計画においてもヒッグス粒子と他の素粒子の結合の精密測定によって十分な物理成果が期待できることは分かっているが、更に多くの物理解析の可能性を研究する。250 GeVにおいて2ab-1のルミノシティを仮定して解析を行う。特に、ヒッグス粒子とｂクォーク、τレプトン、Zボゾン、Ｗボゾンなどとの結合の精密測定を、有効場理論を用いて、総合的なフィッティングを行うと、新物理に対する感度が高く500 GeVまでのエネルギーを仮定した結果と遜色ないと考えられ、更なる研究を行っていく。250 GeVでのヒッグス粒子に関する様々な物理量の測定を総合的にフィットして、超対称性理論や複合ヒッグスモデルなどの標準理論を超える物理の方向の決定を探っていく。さらに、この研究の過程でHL-LHCとのsynergyを追及する。
一方、ILCの測定器、とりわけカロリメータの開発研究は、KEK素核研のDaniel Jeans博士のグループとの共同研究を行っていく。とりわけ電磁カロリメータに関しては、シリコンセンサーの性能をどの程度にするかの研究を行っていく。ハドロンカロリメータに関しては従来通りDESYの研究者と共同して、当方は光検出器MPPCの開発と性能評価などを行っていく。
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