2012 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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| 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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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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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のがLHCf実験である．
今年度は，3.5TeV + 3.5TeV(実験室系で2x10の16乗eV相当)の衝突データからパイゼロの横運動量(Pt)分布を導出した．擬ラピディティーηが8.9～11.0の範囲を6分割して、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ηについてPt分布が実験データとよく一致するモデルはEPOS1.99であることを明らかにした．DPMJET3.04とPHYTHIA8.145のスペクトルは光子エネルギー・スペクトルと同様データと較べ非常にハードである．QGSJET-II-03はデータより若干ソフトであるが、EPOSについで良い一致を示す. SYBILL2.1の形はdpmjetとpythiaに似てハードであるが，両者よりファクター2強度が小さい．光子スペクトルと総合すると，EPOSが現在の所最良のモデルである．900GeV衝突についても小Pt領域で光子のエネルギースペクトルを求め、7TeVでのデータへ良くスケーリングしていることを示した． GSOを使い放射線耐性を高めた改良型Arm1検出器のテストをCERN SPSとHIMACを用いて行った． また、1~2月にはpPb衝突の観測に成功した．
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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
3.5 TeV x 3.5 TeVでのパイゼロの横運動量分布の導出，450GeV x 450GeVでの光子スペクトルの導出を行い，両者を論文といて纏めた．GSOを装填したArm1検出器のビームテストをCERN SPSに於いて終了した．現在解析中である．2月～3月にはCERN LHCに於ける最初のpPb(陽子鉛)衝突の観測にも成功した．原子核効果についての重要な情報が得られるハズである．pp衝突に着いては450GeVと3.5TeVの中間のエネルギーでの観測も成功した．
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| Strategy for Future Research Activity |
改良した測定器のビーム・テストの解析を行う．LHCのp-Pbの衝突観測データの解析を行う．これまで観測したデータに合うようにモデルを修正した場合に空気シャワーの観測量にどの程度の影響があるかを纏める．ARm2検出器の改良に着手し，プラススチック・シンチレータを放射線耐性の高いGSOに置き換える．2013年度はLHCの当初計画では本計画が目標とする7TeV x 7TeVの衝突が実現するはずであったが、CERNは大幅な計画延期を決めた．そのため，本計画も今後は１年強のシフトを余儀なくされる．2013年度は論文作成、国際会議での発表，装置改良と基礎テストに主力を注ぎ，2014年度にCERNでの装置のビームテストを行う．2014年度後半には最高エネルギーの衝突が実現すると予想されるので、それに対する備えをする．
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