2011 Fiscal Year Annual Research Report
ＣＥＲＮ ＬＨＣｆ実験の解析深化と最高エネルギーへの新展開
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23340076
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
笠原 克昌 早稲田大学, 理工学術院, 招聘研究員 (00013425)
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| Keywords | LHC / 超高エネルギー宇宙線 / ハドロン相互作用モデル / 空気シャワー / モンテカルロ |
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| Research Abstract |
CERN LHC加速器での衝突エネルギーは高エネルギー宇宙線(10の14～17乗eV)の衝突のそれに匹敵する．宇宙線の起こす空気シャワー(Air Shower=AS)を観測し物理量を導き出すには，ASのモンテカルロ(MC)・シミュレーションが不可欠である．しかし，核衝突過程の理論的記述は困難で，到来宇宙線のエネルギーや核種の推定にかなりの不定性が出る．これを改善すべく，AS発達に重要かつ予想が困難な超前方領域の発生粒子(主に光子と中性子)のスペクトルをLHCで計り，MCモデルの較正を行う．
今年度は，3.5TeV + 3.5TeV(実験室系で2x10の16乗eV相当)の衝突データから光子のエネルギー・スペクトルを導出した．擬ラピディティーηが8.81～8.99と10.94以上の2領域について、Arm1とArm2と呼ぶ2つの独立した検出器で求めた両者のスペクトルはよく一致した．5つの代表的MCモデルと比較した結果，全エネルギー領域でデータのエラーバーの範囲に収まるモデルはないことが判明したが，全領域でエラーバーを越えてずれるモデルもない．DPMJET3.04とPHYTHIA8.145は光子エネルギー2TeV以上でスペクトルはデータと較べ非常にハードである．QGSJET-II-03はエネルギー全領域(>100GeV)でデータより低い値を示し，8.81<η< 8.91の2TeV以上ではそれが顕著である(データの50%以下)．SYBILL2.1は同じη領域で1.8TeV以下で非常に良い一致を示すが，それ以上ではかなりハードになる一方，η>10.94では強度は50%程度しかない．EPOS1.99はQGSJETと同じような傾向を示すが，8.81<η<8.91ではQGSJETよりデータに近い(データの70%程度)．
GSOバーを使い検出器の放射線耐性を高める改良を行った．
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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
GSOバーを用いた測定器の改良を行っているが，CERN SPSビームによる性能テストがCERN側の都合により延期され，24年度に行うことになった． ただし，予定しているLHCの最高エネルギーのビーム自体も当初より遅れるので，実験には支障がない．光子スペクトルの導出は目標通り絶対値で行い，各種モンテカルロ・コードとの比較も終えている
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| Strategy for Future Research Activity |
改良した測定器の性能テストを日本のHIMACの重イオンビームによって行う．さらにCERN SPSビームで高エネルギーでのテストを今夏行う．LHCのp-Pbの衝突が今冬実現する見込みなので，原子核効果をみるためArm2測定器を用いた実験を行う．3.5TeV + 3.5 TeVのデータについては，中性子やパイゼロのスペクトルの導出とMCモデルとの比較を行う． 450GeV + 450GeVデータも解析し，3.5TeVとの比較等を行う．これらは論文として纏める
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