2016 Fiscal Year Annual Research Report
ウィークボソンの散乱振幅を精密測定する：新粒子・新物理のエネルギースケールの決定
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15H03657
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
石野 雅也 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 教授 (30334238)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
隅田 土詞 京都大学, 理学研究科, 助教 (80624543)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ヒッグス粒子 / テラスケール / 素粒子物理 / ミューオントリガー / カロリメター / ウィークボソン散乱 / エネルギーフロンティア |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度はLHC加速器が安定して陽子衝突イベントを供給した結果，前年度に較べて約10倍のデータ ~30/fbを蓄積することができた．本研究で利用するウィークボソン散乱の断面積は1.5fb程度と極めて小さいため，対象となる事象の生成数が素粒子標準模型の予想からどれだけ異なるか，そしてそのズレが意味するところの新しい物理がどのエネルギースケールになるかを解釈することは，現在までの所できていないが，平成29年度以降，さらに継続して取得する物理データから，それらの新しい物理の兆候を捉えられる様に，解析手法の開発を進めている．
また，これまではW粒子同士の散乱を扱っていたが，限られたデータを使って多くの結果を引き出すことを目的にWZ粒子の散乱イベント数を数え上げる手法にも挑戦し，実際に8TeV衝突のデータを使って，結果を出すことに成功した．今後はその手法を13TeV衝突のデータにも適応して，約２倍のウィークボソン散乱のイベント数を本プログラム終了までに得られる様にする．
また，上記の事象を効率的に捉えるために開発を進めている，従来型のミューオントリガーにカロリメタートリガーの情報を総合して，ミューオントリガーの性能を向上させるプログラムであるが，前年度末，信号の検出効率を向上させるべく光電子増倍管に印加する高電圧を20%増加させて新たにキャリブレーションをおこなった結果，98%の効率で80%の背景事象の排除という所期の信号分離性能を得られるようになった．こうして得られたカロリメターからの信号をミューオントリガー信号を融合させるため，両者の時間差を３ナノ秒以下であわせる作業を進めた．これにより，平成29年度以降，実際のデータ収集に投入する準備が整った．
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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
平成28年度はLHC加速器が順調に稼働したため，想定していた通りのデータ収集をおこなうことができ解析対象となるイベントを蓄積することができた．しかしながら１年で蓄積できた 30/fb という量は，解析対象としている事象の断面積の小ささを考慮すると，結果として100事象を超えるものではなく，本課題で設定した問いへの結論を出すためには，来年度以降，継続してデータ収集が必要となる．
解析対象となるチャンネルが昨年度まではWW散乱事象のみであったのを，WZ散乱事象に拡張できたことは大きな進展である．これにより，同じデータ収集量であっても約２倍の時間，データを取得したことに相当する成果が得られるようになった．
ウィークボソンの散乱事象を効率的に収集するために開発している，ミューオントリガーとカロリメタートリガーを総合した新しいトリガーシステムの構築も進んでいる．H28年度は光電子増倍管の電圧を20%上昇させた条件での詳細なキャリブレーションを終了し，カロリメターによるミューオン同定能力を向上させることができた．２つのトリガーシステムの情報を総合するためのタイミング調整という最終調整を進めており，平成29年度中に実践投入をおこなう目処を立てることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度，平成29年度に取得する13TeVでの陽子衝突データを利用して，ウィークボソンの散乱事象の解析を完了させる．平成28年度には解析チャンネルを１つ増やすことで統計を稼いだ様に，今まで終状態の条件として１本のレプトンが存在しているイベントに着目して解析を進めていたのを，２本のレプトンを含む場合にも解析対象を広げて，更に統計を稼ぐことを目指す．素粒子の標準模型で予想される生成数からのズレを定量的に評価するには，得られるイベント数をかせいで統計的なゆらぎが小さいところで結果の評価をおこなう必要があるため，あらゆる方法に挑戦して数を増やす努力を続けていく．
また，H29年度中に得られた結果を使って，標準模型からのズレを評価して結果を公表する．もしズレが見られた場合は，それがどのエネルギースケールの新物理が異常を示す要因になっているのかの物理的解釈をおこなう．ズレが見られなかった場合には，下限値としてどのエネルギースケールまで新物理は存在しないことが明らかになったか，これを明確に述べられる様にする．
カロリメターとミューオントリガーを融合した新しいミューオントリガーシステムの開発であるが，新しい光電子増倍管の運転環境でのキャリブレーションとタイミング合わせが終了したので，実践に投入しイベントの取捨選択に応用する．応用にあたっては，性能評価が即時必要になるのでそのための性能モニタープログラムを用意したり，より詳細なトリガー効率を算出するためのツールを整備して，万全の体制でこの新しいトリガーの稼働を始め，性能評価をおこなう．
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