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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Towards understanding of the origin of mass for the 2nd generation fermions

Research Project

Project/Area Number 21H01101
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionHigh Energy Accelerator Research Organization

Principal Investigator

花垣 和則  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, 教授 (40448072)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 外川 学  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 (50455359)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Keywordsヒッグス / 湯川結合 / ピクセル検出器
Outline of Annual Research Achievements

本研究の学術的なゴールは,ヒッグス粒子がミューオン対に崩壊する事象を観測し,ヒッグス粒子とミューオンとの間の湯川結合定数を測定することで,第2世代フェルミオンの質量起源を解明することである。LHC実験の一つであるATLAS実験にて第3期運転で取得するデータの解析とともに,LHC高輝度化計画に向けたピクセル検出器開発を推進し,より高統計を使った高精度での湯川結合測定を目指す。

2022年度はLHCの第3期運転が始まった。これを受け,ヒッグス粒子がミューオン対に崩壊する事象を観測するために鍵を握る検出器の一つである内部飛跡測定用ピクセル検出器の立ち上げに携わった。モニタリングシステムの整備や較正を行うと同時に,高い放射線環境下で動作させるための運用手法の考案と実装を行った。

LHC高輝度化に向けたピクセル検出器開発では,シリコンセンサーと信号読み出し用ICをバンプボンディング接続したのち,フレックス基板回路と接着する。これをモジュールと呼び,モジュール製造手法の確立が本研究のゴールである。1) 実機のモジュール製造は約2年間で2000個以上行う必要がある。この制約を満たすために,必要な試験工程の選別を実施すると同時に,並行して製造および試験を行うための量産設備を整備した。2) ワイヤボンディング保護手法として提案したCFRPによる保護手法を確立させた。3) -40℃から55℃という幅広い温度変化で温度サイクルを繰り返すと,部材の熱膨張率の違いからバンプボンディングが剥がれてしまうという問題があった。これを防ぐための方法として樹脂コーティングが有効であることを示した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

LHCの第3期運転が始まり,本研究チームの一員である研究協力者がCERNの実験現場で,ピクセル検出期立ち上げと運用を主導的に行なっている。

LHC高輝度化に向けたピクセルモジュール製造では,温度サイクルによるバンプボンディング剥がれが深刻な問題であることが共通認識であったが,パリレン樹脂でコーティングすることによりバンプボンディング剥がれを防ぐことができることを示したのは大きな成果である。放射線照射することで樹脂の性質が変わるため,放射線照射後でも有効な手法であるかを試験したところ,試験した個体数は少ないものの,これまでに有意なバンプボンディング剥がれは起きていない。

Strategy for Future Research Activity

来年度は,今年度の研究の延長となる。

LHC実験のピクセル検出器運用に関しては,LHCが高いルミノシティを出していることから放射線ダメージのモニターが重要になっている。Single Event Upsetによりデータ収集を滞らせないための運用手法を継続し,また,電荷収集量を継続的にモニターし,タイムリーな較正やセンサーバイアス電圧の調整を行なっていく。

ピクセルモジュールに関しては,実機量産に向けた準備を継続し,量産を開始できる状態にまでもっていく。並行して,パリレン樹脂によるバンプボンディング剥がれが有効であるか,試験個体数を増やして調査を継続する。

  • Research Products

    (15 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 8 results) Presentation (6 results)

  • [Int'l Joint Research] CERN/ジュネーブ大学(スイス)

    • Country Name
      SWITZERLAND
    • Counterpart Institution
      CERN/ジュネーブ大学
  • [Journal Article] Search for invisible Higgs-boson decays in events with vector-boson fusion signatures using 139 /fb of proton-proton data recorded by the ATLAS experiment2022

    • Author(s)
      G. Aad, K. Hanagaki, M. Togawa, et al. [ATLAS Collaboration]
    • Journal Title

      JHEP

      Volume: 8 Pages: 104

    • DOI

      10.1007/JHEP08(2022)104

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Search for resonant pair production of Higgs bosons in the b b-bar b b-bar final state using pp collisions at sqrt(s) = 13 TeV with the ATLAS detector2022

    • Author(s)
      G. Aad, K. Hanagaki, M. Togawa, et al. [ATLAS Collaboration]
    • Journal Title

      Phys.Rev.D

      Volume: 105 Pages: 92002

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.105.092002

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Measurements of the Higgs boson inclusive and differential fiducial cross-sections in the diphoton decay channel with pp collisions at sqrt(s) = 13 TeV with the ATLAS detector2022

    • Author(s)
      G. Aad, K. Hanagaki, M. Togawa, et al. [ATLAS Collaboration]
    • Journal Title

      JHEP

      Volume: 8 Pages: 27

    • DOI

      10.1007/JHEP08(2022)027

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Direct constraint on the Higgs-charm coupling from a search for Higgs boson decays into charm quarks with the ATLAS detector2022

    • Author(s)
      G. Aad, K. Hanagaki, M. Togawa, et al. [ATLAS Collaboration]
    • Journal Title

      Eur. Phys. J. C

      Volume: 82 Pages: 717

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-022-10588-3

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Measurements of Higgs boson production cross-sections in the H→τ+τ-H→τ+τ- decay channel in pp collisions at sqrt(s) = 13 TeV with the ATLAS detector2022

    • Author(s)
      G. Aad, K. Hanagaki, M. Togawa, et al. [ATLAS Collaboration]
    • Journal Title

      JHEP

      Volume: 8 Pages: 175

    • DOI

      10.1007/JHEP08(2022)175

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Search for Higgs boson pair production in the two bottom quarks plus two photons final state in pp collisions at sqrt(s) = 13 TeV with the ATLAS detector2022

    • Author(s)
      G. Aad, K. Hanagaki, M. Togawa, et al. [ATLAS Collaboration]
    • Journal Title

      Phys.Rev.D

      Volume: 106 Pages: 52001

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.052001

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Constraints on Higgs boson production with large transverse momentum using H→bb decays in the ATLAS detector2022

    • Author(s)
      G. Aad, K. Hanagaki, M. Togawa, et al. [ATLAS Collaboration]
    • Journal Title

      Phys.Rev.D

      Volume: 105 Pages: 92003

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.105.092003

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Measurement of Higgs boson decay into b-quarks in associated production with a top-quark pair in pp collisions at sqrt(s) =13 TeV with the ATLAS detector2022

    • Author(s)
      G. Aad, K. Hanagaki, M. Togawa, et al. [ATLAS Collaboration]
    • Journal Title

      JHEP

      Volume: 6 Pages: 97

    • DOI

      10.1007/JHEP06(2022)097

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] ワイヤ保護機構を搭載したHL-LHC ATLAS実験用ピクセルモジュールの熱サイクル耐性評価2023

    • Author(s)
      比江森友太
    • Organizer
      日本物理学会第 2023 春季大会(オンライン)
  • [Presentation] HL-LHC ATLAS実験用ピクセルセンサーおよびモジュール化の試験量産の状況2023

    • Author(s)
      中村浩二
    • Organizer
      日本物理学会第 2023 春季大会(オンライン)
  • [Presentation] HL-LHC ATLAS実験用シリコンピクセル検出器の冷却部の組立最適化と評価2023

    • Author(s)
      宮本 佳門
    • Organizer
      日本物理学会第 2023 春季大会(オンライン)
  • [Presentation] LHC-ATLAS実験Run3におけるピクセル検出器の運転状況と性能2023

    • Author(s)
      田窪洋介
    • Organizer
      日本物理学会第 2023 春季大会(オンライン)
  • [Presentation] HL-LHCに向けたATLAS実験用シリコンピクセル検出器の冷却部の組立と評価2022

    • Author(s)
      宮本 佳門
    • Organizer
      日本物理学会第 2022 秋季大会(オンライン)
  • [Presentation] HL-LHC ATLAS実験ピクセル検出器初期量産の態勢構築2022

    • Author(s)
      生出秀行
    • Organizer
      日本物理学会第 2022 秋季大会(オンライン)

URL: 

Published: 2023-12-25  

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