World's best sensitivities of new physics searches with Electroweak Penguin B decays and development of light-weight and fast-readout pixel detector

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H03968
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 石川 明正 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 (40452833)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新井 康夫 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, 特別教授 (90167990)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: B中間子 / X(3872) / レプトン普遍性 / 高速データ転送 / LVDS回路 / PLL回路 / IOライブラリ / DuTiP

Outline of Annual Research Achievements

B→K(*)l+l-過程でのレプトン普遍性の解析を行い、その結果を国際会議で報告した。現在、論文の準備中であり2020年度には出版される予定である。また、石川が section editor を務めた論文「The Belle II Physics Book」が出版された。すでに360以上の引用される重要な論文となった。ほかにもX(3872)粒子を伴う、B中間子輻射崩壊の探索を世界で初めて行った。
高速軽量ピクセル検出器の開発においては、非常に大きな進展があった。前年度に発明した新規コンセプト崩壊点検出器 DuTiPのパラメータを決定していった。このコンセプトでは複雑な回路をピクセル一つ一つに載せるため回路面積を確保するかが重要である。バイナリー検出器だと10umの位置分解能を持つには35umのピクセルサイズが必要だが、ピクセル間を通過したと言う情報を使う事により、40umのピクセルでも10umの位置分解能を達成でき、複雑な回路を載せることが可能になった。検出器の厚さに関しては現状のDEPFETでは比較的大きな55umピクセルサイズであるため、75umと厚くしなくてはならなかったが、DuTiP は厚さ 60um 以下が最適であることが分かった。SOIでは50umまで薄くしたことがあるため、軽量ピクセル検出器という優位性がある。アナログ回路はストラスブールとの共同研究で低消費電力な物を導入した。デジタル回路は16MHzのクロックを使う事により、DEPFETの100倍高速なフレームで占有率が1/100にする事が可能である。また高速読み出しに関しては、1.8V電圧のIOライブラリ、PLL回路、LVDS回路の開発を行った。その結果2対の信号線で Belle II で必要な1.2Gbpsのデータ転送が可能な事を回路シミュレーションで示した。これらを元に2020年度最初のチップを製作する。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] IPHC/IN2P3(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: IPHC/IN2P3
• [Int'l Joint Research] Indiana(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Indiana
• [Int'l Joint Research] Oxford(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: Oxford
• [Int'l Joint Research] Siegen(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: Siegen
• [Int'l Joint Research] OEAW(オーストリア)
  • Country Name: AUSTRIA
  • Counterpart Institution: OEAW
• [Journal Article] Measurement of the integrated luminosity of the Phase 2 data of the Belle II experiment (2020)
  • Author(s): Abudinen F.、Ishikawa A.、et al、BELLE II collaboration
  • Journal Title: Chinese Physics C Volume: 44 Pages: 021001～021001
  • DOI: 10.1088/1674-1137/44/2/021001
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of integration-type silicon-on-insulator monolithic pixel detectors using a float zone silicon (2020)
  • Author(s): Mitsui S.、Arai Y.、Miyoshi T.、Takeda A.
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Volume: 953 Pages: 163106～163106
  • DOI: 10.1016/j.nima.2019.163106
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Search for B0→X(3872)γ (2019)
  • Author(s): Chou P.-C.、Chang P.、Ishikawa A.、et. al、 Belle Collaboration
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 100 Pages: 012002-1 8
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.100.012002
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Belle II Physics Book (2019)
  • Author(s): Kou E、Ishikawa A、et. al
  • Journal Title: Progress of Theoretical and Experimental Physics Volume: 2019 Pages: 1 645
  • DOI: 10.1093/ptep/ptz106
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Search for invisible decays of the Higgs boson at the ILC (2019)
  • Author(s): Ishikawa Akimasa
  • Journal Title: PoS Volume: 367 Pages: 0 3
  • DOI: 10.22323/1.367.0147
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Radiation hardness of silicon-on-insulator pixel devices (2019)
  • Author(s): Hara Kazuhiko、Aoyagi Wataru、Sekigawa Daisuke、Iwanami Shikie、Honda Shunsuke、Tsuboyama Toru、Arai Yasuo、Kurachi Ikuo、Miyoshi Toshinobu、Yamada Miho、Ikegami Yoichi
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Volume: 924 Pages: 426～430
  • DOI: doi:10.1016/j.nima.2018.05.077
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] R&D status of SOI-based pixel detector with 3D stacking readout (2019)
  • Author(s): Tsuboyama Toru、Ono Shun、Yamada Miho、Arai Yasuo、Togawa Manabu、Kurachi Ikuo、Ikegami Yoichi、Hara Kazuhiko、Ishikawa Akimasa、Ikebe Masayuki、Motoyoshi Makoto
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Volume: 924 Pages: 422～425
  • DOI: doi:10.1016/j.nima.2018.08.089
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a monolithic pixel sensor based on SOI technology for the ILC vertex detector (2019)
  • Author(s): Ono Shun、Yamada Miho、Togawa Manabu、Arai Yasuo、Tsuboyama Toru、Kurachi Ikuo、Ikegami Yoichi、Hara Kazuhiko、Li Taohan、Ishikawa Akimasa
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Volume: 924 Pages: 431～435
  • DOI: doi:10.1016/j.nima.2018.06.075
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Physics at Belle II (2020)
  • Author(s): Akimasa Ishikawa
  • Organizer: KEK-PH 2020
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Belle II 実験におけるB->Xsl+l- によるレプトン普遍性の検証と新物理探索 (2020)
  • Author(s): 佐藤瑶, 石川明正, 山本均
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] Belle実験におけるBメソン稀崩壊(b → d l l )探索 (2020)
  • Author(s): 吉原圭亮, S. Prell, J. Cochran, C. Chen, 石川明正, 後田裕, 西田昌平, Belle Collaboration
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] Belle II 検出器アップグレードに向けたピクセル崩壊点検出器の要求性能の研究およびSOI技術を用いた設計 (2020)
  • Author(s): Taohan Li, 幅淳二, 新井康夫, 石川明正, 小野峻, 倉知郁生, 武田彩希, 高柳武浩, 坪山透, 山田美帆, BAUDOT Jerome, KACHEL Maciej
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] 大面積電荷積分型SOIピクセル検出器INTPIX7を用いたビーム飛跡検出のための開発研究 (2020)
  • Author(s): 岩波四季恵, 原和彦, 村山仁志, 山内大輝, 新井康夫, 池上陽一, 石川明正, 高柳武浩, 倉知郁生, 坪山透, 西村龍太郎, 三好敏喜, 幅淳二, 小野峻, 山田美帆
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] ILC崩壊点検出器としての位置・時間計測が可能なSOIピクセル検出器SOFISTの性能評価 (2020)
  • Author(s): 村山仁志, 原和彦, 山内大輝, 安部竜平, 岩波四季恵, 渡辺圭敏, 岡田唯, 新井康夫, 坪山透, 三好敏喜, 倉知郁生, 幅淳二, 小野峻, 石川明正, 外川学, 池上陽一
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] Heavy Flavors at Belle II Status and Plans (2019)
  • Author(s): Akimasa Ishikawa
  • Organizer: The XXVII International Workshop on Deep Inelastic Scattering and Related Subjects (DIS2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Physics Prospects at Belle II and ILC (2019)
  • Author(s): Akimasa Ishikawa
  • Organizer: 21st New Physics Forum
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Anomalies in B decays (2019)
  • Author(s): Akimasa Ishikawa
  • Organizer: Anomalies
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Search for invisible decays of the Higgs boson at the ILC (2019)
  • Author(s): Akimasa Ishikawa
  • Organizer: The 29th International Symposium on Lepton Photon Interactions at High Energies (LP2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Prospects of b-->sl+l- and related modes at Belle II (2019)
  • Author(s): Akimasa Ishikawa
  • Organizer: Rare semileptonic B Decays: Theory and Experiment (bsll2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Missing energy and electroweak penguin modes in (early) Belle II data (2019)
  • Author(s): Akimasa Ishikawa
  • Organizer: Intensity Frontier in Particle Physics : Flavor, CP Violation and Dark Physics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Physics at Belle II (2019)
  • Author(s): Akimasa Ishikawa
  • Organizer: 27th New Higgs Working Group
  • Invited
• [Presentation] Search for the Z’and light dark matter in Lμ － Lτ model at Belle (2019)
  • Author(s): Thomas Czank, Igal Jaegle, Akimasa Ishikawa, Hitoshi Yamamoto, Belle Collaboration
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] Belle実験におけるB0→γγ崩壊過程の研究－機械学習を用いた新しい解析手法の開発－ (2019)
  • Author(s): 岸田直也, 岩崎昌子, 石川明正, 中島悠太, 武村紀子, 長原一, 中野貴志, 他Belle Collaboration, RCNP深層学習プロジェクトグループ
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] Application of SOI to Belle II upgrade ~The “DuTiP” Concept~ (2019)
  • Author(s): Yasuo Arai, Junji Haba, Akimasa Ishikawa, Ikuo Kurachi, Taohan Li, Shun Ono, Takehiro Takayanagi, Ayaki Takeda, Toru Tsuboyama, Miho Yamada
  • Organizer: Belle II VXD Open Workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] SOI for Tracking (2019)
  • Author(s): Yasuo Arai
  • Organizer: Belle II VXD Open Workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Belle II and ILC Pixel Detectors (2019)
  • Author(s): 石川明正
  • Organizer: Kick-off meeting for Platform B (Silicon)
  • Invited
• [Presentation] Development of Pixel Vertex Detector for Belle II Experiment ~The “DuTiP” Concept~ (2019)
  • Author(s): Akimasa Ishikawa, Yasuo Arai, Jerome Baudot, Junji Haba, Maciej Kachel, Ikuo Kurachi, Taohan Li, Shun Ono, Takehiro Takayanagi, Ayaki Takeda, Toru Tsuboyama, Miho Yamada
  • Organizer: 第2回「量子線イメージング研究会」
  • Invited
• [Presentation] Belle II Pixel Detector Upgrade (2019)
  • Author(s): 石川明正
  • Organizer: Flavor Physics Workshop 2019
• [Presentation] New Pixel Detector Concept 'DuTiP' for Belle II Upgrade and the ILC with an SOI Technology (2019)
  • Author(s): Akimasa Ishikawa, Yasuo Arai, Jerome Baudot, Junji Haba, Maciej Kachel, Ikuo Kurachi, Taohan Li, Shun Ono, Takehiro Takayanagi, Ayaki Takeda, Toru Tsuboyama, Miho Yamada
  • Organizer: 12th International "Hiroshima" Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors (HSTD12)
  • Int'l Joint Research / Invited