2016 Fiscal Year Annual Research Report
Second step to reveal deconfined quark behavior in nucleus-nucleus collisions at ultimate energies: selective measurement of hard scattering phenomena
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15H03664
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
志垣 賢太 広島大学, 理学研究科, 准教授 (70354743)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | パートン多体系 / 高エネルギー原子核衝突 / 解放クォーク挙動 / クォーク間相互作用 / 宇宙創成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
極致エネルギー原子核衝突実験 LHC-ALICE 第二期において、実験クォーク物理学の本来課題である高温パートン相中の解放クォークの挙動解明に向け、焦眉の未解決課題 3 点を決着させる。ALICE 実験第一期において、次期最重要課題として、クォークの初期エネルギー確定、損失エネルギーの再分配過程、クォーク挙動のフレーバ依存性を提示した。本研究では、この 3 点の課題決着により、「ホップ、ステップ、ジャンプ」の「ステップ」にあたる第二段階の跳躍を達成し、更に検出器高度化を含む第三段階の高精度測定への道筋を確立する。
(1) 鉛原子核＋鉛原子核、陽子＋鉛原子核、陽子＋陽子衝突実験および物理解析：LHC-ALICE 実験を継続して推進し、極致エネルギーにおける陽子＋陽子、陽子＋鉛原子核衝突の高品質データを収集した。収集済の鉛原子核＋鉛原子核衝突を含め、硬散乱課程からの光子、中性中間子、ジェット、電子の測定解析を推進した。
(2) クォークの初期エネルギー確定によるエネルギー損失の定量化：個々の散乱クォークの初期エネルギー確定に向けた新規測定として、光子－ジェット相関測定を実現した。
(3) 損失エネルギーの散逸と再分配過程の究明：鉛原子核＋鉛原子核衝突における陽子＋陽子衝突からの変位を用いてクォークのエネルギー損失の情報抽出を進めるとともに、ジェット抑制に引続き発生する損失エネルギーの散逸を観測して、損失エネルギーの再分配先の定量的解明を進めた。
(4) 軽いクォークから重いクォークまでのフレーバ依存性測定：高横運動量電子および前方ミューオン測定の併用により、チャームおよびボトム・クォークまでを含む中間子の系統測定を進めた。
(5) 解放クォーク挙動のフレーバ依存性解明に向けた切札として、前方ミューオン検出器高度化を推進した。本研究代表者が制御系責任者に就任した。
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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
ALICE 実験において LHC 加速器設計衝突エネルギーに迫る 13 TeV での陽子＋陽子衝突実験および人類未到の核子対あたり 8 TeV および 5 TeV での陽子＋鉛原子核衝突実験を順調に遂行し、鉛原子核＋鉛原子核衝突に対する基準測定となる、硬散乱課程からの光子、中性中間子、電子の高統計データを収集した。高精度光子検出器による高横運動量光子と電子の選択測定に加え、ジェット対検出器によるジェット・トリガを併用した、硬散乱事象からの光子、ジェット、電子およびこれらの相関の高精度データ収集も順調に稼働した。
硬散乱事象選択トリガを用いて収集した陽子＋陽子衝突データによる、高横運動量領域における中性中間子生成の精査を順調に進展させた。異種中間子間のスケーリング則（またはその破れ）から極致エネルギーにおける粒子生成機構の解明を明らかにすべく、原子核衝突における新規現象理解に必要な基盤を精度よく確立し、学術論文投稿に向けた作業の最終段階にある。
解放クォーク挙動のフレーバ依存性解明に向けた切札として、前方ミューオン検出器高度化の平成 31 年度導入に向けて、同検出器制御系の責任機関として開発建設を進めている。本研究代表者は制御供給作業要素共同座長に就任し、国際共同研究における存在を更に固めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 鉛原子核＋鉛原子核、陽子＋鉛原子核、陽子＋陽子衝突実験および物理解析：LHC-ALICE 実験を継続して推進し、極致エネルギーにおける鉛原子核＋鉛原子核衝突および基準測定となる陽子＋陽子、陽子＋鉛原子核衝突の高品質データを収集し、物理解析を引続き牽引する。
(2) クォークのエネルギー損失定量化および損失エネルギーの散逸と再分配過程の究明：高横運動量光子トリガを用いた光子－ジェット相関測定により、クォークの初期エネルギーと損失後エネルギーとの同時測定を進め、クォーク間相互作用機構の詳細な物理議論を可能とする。鉛原子核＋鉛原子核衝突における高横運動量の光子およびジェットの収量測定から、陽子＋陽子衝突からの変位を用いてクォークのエネルギー損失の情報を抽出する。同時に、ジェット抑制に引続き発生する損失エネルギーの散逸観測により、損失エネルギーの再分配先を定量的に明らかにする。
(3) 軽いクォークから重いクォークまでのフレーバ依存性測定：LHC 加速器の高い衝突エネルギーを利用し、チャームおよびボトム・クォークまでを含む中間子の系統測定を進め、重いクォークのエネルギー損失と再分配を軽いクォークと同様に明らかにする。
(4) 前方ミューオン検出器高度化：解放クォーク挙動のフレーバ依存性解明の切札として、前方ミューオン検出器高度化の平成 31 年度導入に向けて、検出器制御を中心とした開発研究を推進し、ALICE 実験第三期における高輝度高統計精密測定に向けた準備を完了する。
(5) 解放クォークの挙動とクォーク間相互作用の機構解明：光子を軸とした硬散乱事象の包括的選択測定の物理成果を纏め、物理理解に至る。LHC 加速器のエネルギー領域における高温クォーク相と解放クォークの性質を明らかにし、本分野の今後の研究展開に先導的な役割を果たす。
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[Journal Article] Proceedings, 25th International Conference on Ultra-Relativistic Nucleus-Nucleus Collisions (Quark Matter 2015) : Kobe, Japan, September 27-October 3, 20152016
Author(s)
Y. Akiba, S. Esumi, K. Fukushima, H. Hamagaki, T. Hatsuda, T. Hirano, K. Shigaki (ed.)
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Journal Title
Nucl. Phys. A
Volume: 956
Pages: 1-974
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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