2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of the large-scale silicon tracker for precision measurement of Higgs boson properties at HL-LHC
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20K22346
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
廣瀬 茂輝 筑波大学, 数理物質系, 助教 (40875473)
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| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 素粒子実験 / シリコン検出器 / ヒッグスの物理 / タウレプトン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ITK検出器用シリコンストリップセンサーは、本年度より20,000枚以上が量産された。本年度は、そのうち約2,000枚の品質検査および、20枚に対する陽子照射を行い、バルク損傷を受けたセンサーの基礎特性の監視を行った。量産品から得られたデータは事前量産品で得られたものと一致しており、良好な特性を確認できたことは、今後の量産継続への裏付けとなった。また、今後2年間にわたって量産が続くことを考慮し、できる限り測定者に依らずに信頼できる結果が得られるよう、品質検査及び陽子照射サンプルの自動測定システムを開発した。本システムで、全量産品のうち6,000枚のセンサーを測定予定であり、このような大量のセンサーの系統的な調査によって得られた信頼性の高い評価結果は、ITK検出器にとってだけでなく、今後の素粒子実験用シリコン検出器の開発においても有用な知見となる。ITK検出器の安定稼働には、現在ATLAS実験で運用されている装置から得られる知見が欠かせない。研究代表者は、2017年よりATLASシリコンストリップ検出器（SCT）の運転を主導してきた知見をもとに、SCTを使って得られたデータを詳細に解析した。特に、最大6×10^13 1-MeV中性子/cm^2相当の放射線損傷による完全空乏か電圧やノイズなど、飛跡検出性能に影響しうるパラメータの変化を詳細に調べた。これらの結果をまとめた論文が、Journal of Instrumentationより出版された。さらに、TCADシミュレーションを使った放射線損傷の詳細な研究を行い、日本物理学会にて発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は、当初の計画通りに、ITK検出器用シリコンストリップセンサーの量産を開始し、その初期に得られた結果から、特性の安定性を確認することに成功した。一方で、シリコンセンサー測定装置の量産時立ち上げに、当初の見積もり以上の時間を要した。これは、事前量産（318枚）をはるかに上回る量のセンサー測定を必要とした結果、事前量産では見られなかった深刻なシステム上のエラーがいくつか発生し、その改善に追われたためである。ただし、この改善によって、信頼性の高いシステムの構築に成功したことは特筆できる。また、陽子照射試験について、1度目（12月実施）は成功したが、2回目（2月実施）にセットアップ上の問題が判明し、照射試験を行うことができなかった。現在、この問題を解消するため、セットアップを改良中である。以上の理由により、当初予定していた、ITK検出器シリコンストリップセンサー特性が及ぼすタウレプトン再構成アルゴリズムへの影響や、その特性を積極的に利用した再構成効率改善に関する研究は遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
前項目で説明した理由による遅れから、2022年度への補助事業期間の延長を申請し、承認された。2022年度に、まず照射試験用セットアップの修正を行い、昨年度行うことができなかった試験を7月に実施する。これで、量産期間初期におけるシリコンセンサー特性評価が完了するため、物理学会にてまとめを報告する。また、研究代表者がこれまでに得たシリコンストリップセンサーの、特に放射線損傷を受けた後の特性変化に関する知見をもとに、シミュレーターをより現実的なものに改良し、タウレプトン同定効率にどのような影響が出るかを評価する。
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| Causes of Carryover |
前項で述べたような研究計画の遅れがあり、補助事業期間延長を申請し、承認された。2022年度は、昨年度問題が生じて実施できなかった陽子照射試験を、7月に実施する。ここまででシリコンセンサー量産初期～10%分の結果を精査し詳細に議論するため、8月にCERN研究所において共同研究者らとの打ち合わせを持つ。また、ITK検出器を用いたタウレプトン再構成アルゴリズムを検討するため、CERN研究所において共同研究者と技術的な課題を検討しつつ、8月後半からデータ解析環境を整え、アルゴリズム改善に関する研究を行う。
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[Presentation] LHC ATLAS実験Run 1およびRun 2運転を通じたシリコンストリップ検出器の性能評価とRun 3運転への展望2021
Author(s)
廣瀬茂輝, 音野瑛俊, 近藤敬比古, 陣内修, 永井康一, 南條創, 望月一也, 森永真央, 山口尚輝, 若狭玲那, 和田冴 他 ATLAS SCTグループ
Organizer
日本物理学会2021年秋季大会
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