2022 Fiscal Year Annual Research Report
Research and elucidation of the origin of particle production in the very forward region of RHIC polarized proton collisions
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21H04484
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
後藤 雄二 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 先任研究員 (00360545)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中川 格 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 専任研究員 (60505668)
毛受 弘彰 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 助教 (10447849)
中條 達也 筑波大学, 数理物質系, 講師 (70418622)
谷田 聖 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (00360587)
三塚 岳 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 准教授 (00566804)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Keywords | 偏極陽子衝突 / 超前方領域 / 粒子生成 / 非対称度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
RHIC偏極陽子衝突による超前方領域での粒子生成の起源の研究・解明を目標とし、新たなカロリメータ検出器を開発・建設しRHICでの実験を行い、新たな測定を行うことにより目標を達成する。このためのシリコン検出器の開発を進めている。プロトタイプ検出器の製作と、そのテスト、評価を実験室及び東北大ELPH施設やCERN-PSおよびSPS加速器でのテストビーム、理研小型中性子照射施設での放射線耐性テストを進めた結果、シリコン検出器の技術の選択を行い、次の段階の検出器の製作を開始している。
テストの結果は学会や研究会、国際会議で発表され専門家の評価を得て、さらに共同実験グループ内でのレビューを行っている。評価はソフトウェアを含む最終的な検出器を想定したシミュレーション計算によっても行われ、全ての結果は技術報告書にまとめられている。研究会や会議の会議録としても公表されており、論文として出版する。
また2017年のRHICでの実験データの解析も順調に行われている。既に論文として出版した中性パイ中間子の非対称度に加えて、光子の生成断面積、中性子の非対称度の解析が終了し、学会や研究会、国際会議で発表されている。光子の生成断面積はCERN-LHCのより高エネルギーでの陽子衝突の結果との比較が行われ、衝突エネルギーに依らないスケーリング則を支持する結果となっている。この結果は超高エネルギーの宇宙線の大気との衝突事象を再現するための事象生成コードの開発に必要な新しいデータとなる。中性子の非対称度としては高い統計量のデータ解析により、予定していた高い分解能で広範囲の横運動量領域を覆う結果と得ており、大きな非対称度を示すたいへん興味深いデータを示しており、論文として出版した。これらの非対称度の起源を探る理論研究も行われ、実験データとの比較を進めている。こちらも最終結果を論文として出版する準備を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究計画からはシリコン材料や機器の供給不足の問題もあり遅れた結果、一部を2023年度に持ち越し、電子回路部品の購入を行った。プロトタイプ検出器のテストによる新たなカロリメータ検出器の開発・建設のためのシリコン検出器のセンサーや電子回路部品や基板の評価、技術の選択を行い次の段階の検出器のためのセンサー、電子回路部品、基板の製作を行っている。
テストの結果は学会や研究会、国際会議で発表され専門家の評価を得て、さらに共同実験グループ内でのレビューを行っている。評価はソフトウェアを含む最終的な検出器を想定したシミュレーション計算によっても行われ、全ての結果は技術報告書にまとめられ、研究会や会議の会議録として公表もされており、論文として出版する。
また、研究計画として当初予定していた今年度の実験データ収集は、実験を実施する施設であるブルックヘブン国立研究所のRHIC加速器の運転状況、運転計画の変更により困難となっているが、次世代の施設であるEIC加速器での実験遂行を含めた研究を目的に含めて検討を行っている。
研究計画に含まれる2017年のRHICでの実験データの解析については順調に進んでいる。光子の生成断面積、中性子の非対称度の解析が終了し、学会や研究会、国際会議で発表されている。どちらの実験データもたいへん興味深い結果を示している。中性子の非対称度の結果を論文として出版した。これらの理論研究も順調に行われ、実験結果との比較を進めている。こちらも最終結果を論文として出版する準備を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画は当初より遅れているが、カロリメータ検出器の開発として大きな問題は現在のところない。着々と次の段階の検出器のためのシリコンセンサー、電子回路部品、基板の制作を進める。当初予定していた実験データ収集は、実験を実施する施設であるブルックヘブン国立研究所のRHIC加速器の運転状況、運転計画の変更により困難となっている。引き続き、今後の実験遂行、データ収集に向けた実験施設との交渉を進めるが、今後はRHIC加速器施設の終了後の次世代の施設であるEIC加速器における実験遂行を含めた研究計画の修正の可能性も含めた検討を行う。
引き続き筑波大グループがリードして進めているLHCのALICE実験で用いるFoCalカロリメータの技術を用いた大型の高性能カロリメータの製作を進め、完成させる。これはタングステンを吸収層、シリコンパッド検出器をエネルギー測定層として用いるサンドウィッチ型のサンプリング・カロリメータである。高精度の位置情報は、より細密なシリコンピクセル検出器により与えられる。
これまでシリコンパッド検出器のセンサーおよび読み出し・トリガー回路の開発・試作を進めてきた結果としてシリコンセンサーについてはp型センサーを用いることを決定した。同様に試作を進めてきた読み出し・トリガー回路と合わせて検出器を製作し、テストビームによる性能評価と放射線耐性の試験を行う。
これまでの検出器開発に対する結果および2017年のRHIC実験データ解析の結果の出版の準備は順調に進んでおり、問題なく進むと考えている。光子、中性パイ中間子、中性子の断面積、非対称度のデータ解析については最前方検出器と中央検出器を組み合わせた解析を新たに開始しており、理論研究とともにさらに進める。
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