2014 Fiscal Year Annual Research Report
ヒッグス機構の実験的解明と高速飛跡検出システムの開発・構築
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24684016
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
寄田 浩平 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (60530590)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 素粒子物理 / LHC実験 / ATLAS実験 / ヒッグス粒子 / 湯川結合 / Fast tracking / ATCA/VME / CP測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は大きく分けて以下の二つである（ヒッグス機構解明とFTK開発構築）。
（１）ヒッグス粒子の発見はγγ/ZZが基礎となっているため、ヒッグス粒子のフェルミオンへの直接結合（湯川結合）を測定することは最も重要な課題の一つである。本研究はその中でも特に、ヒッグス粒子がτ粒子対に崩壊する過程に着目し、最終的に4.5σの証拠を示すことができた。また、さらなる検証としてττ崩壊過程のCP測定も行った。τ粒子からのνは観測不可能なため、τの崩壊平面の角度を荷電粒子のImpact parameterや荷電πと中性πの平面で近似する方法を採用し、CP-addを棄却できる感度を見積もった。Run1データでは56%の信頼度でしか棄却できないが、Run2実験では100fb-1以下でも優位に95％の信頼度を超える感度でCP-addを棄却できることがわかった。最後に、トップクォークの湯川結合を測定するため、新しい崩壊過程(ttH→alljets+ττ)を提案し、他解析と同等orそれ以上の感度があることを示した。
（２）2015年度夏・秋にATLAS実験に挿入を予定している高速飛跡再構成システム（FTK）の受信モジュールの量産を終えることができた。5種類以上のプロトタイプの試験を行い、最終的には12層の基板に60種類近くの部品を実装し、80台の量産を行った。FMCコネクター周りの半田量の最適化などに苦労したが、最終的にほぼ全台が試験合格となった。（一部はまだlong burn-in test中）。また、FTKをトリガーに適用することで、事象中の一次衝突点の数が非常に精度よく決まること、また早い段階でトリガーレートを落とすことで、ハドロン崩壊するτ粒子が効率よく再構成できることを示すことができた。
以上2点から、物理解析・ハードウェアの双方からRun2に向けた準備を万全にすることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ヒッグス粒子がτ粒子対に崩壊する過程のevidence（SM期待値が3.4σに対し、観測量は4.5σだったことに起因）は、世界で初めてヒッグス粒子がレプトンと結合すること、ダウンタイプ粒子と結合すること、レプトンユニバーサリティーを完全に破ることを示している点で物理的・学術的価値の極めて高い結果である。また、ほぼ不可能だと思われていたττ系でのCP測定に一定の目処をつけることができたのは独自性の高い大きな成果である。またトップ湯川結合測定のための新しい崩壊過程を提案を行い、Run2での測定に弾みを付けられたことも予想以上の進展を反映している。
また、種々課題は山積だったものの、FTKの受信モジュール80台の量産を滞りなく行うことができ、また全台試験合格したのも計画以上の進展と言える。早稲田が担当したIMモジュールはFTK全体の中でも一番上流の回路基板である。この進展が非常に早かったため、FTKシステム全体の研究活動を活発化（エラーモニター等の充実含め）させることもできたと考えている。
以上より、当初の計画以上に進展したと判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
2015年度のLHC運転再開で供給される13TeVデータの物理解析を行うとともに、FTKに関しては、挿入・試運転・実運転を完遂させることがもっとも重要な推進課題である。またこれまで行ってきたソフトウェア開発をまとめ、実際にトリガーに挿入した際のトリガーチェーンのデザイン・アルゴリズムを構築することが最終的な課題となる。従って、最終年度はまず、FTKを実装し、それを生かしたトリガー構築、ヒッグス粒子のさらなる詳細解明に加え、FTKの知識を武器とした特殊飛跡が絡む新現象・新粒子探索を行い、Run2での新しい発見を目指すのが重要だと考えている。
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| Causes of Carryover |
2014年度のFTK受信回路ボードの80台の量産のために次年度前倒し請求（2015→2014年度：120万円）を行ったが、実質的な経費は結果的にほぼ計画どおりの支出となったため、およそ100万円が次年度繰越となった。FPGA等の市場価格が為替などの影響により予想しにくいため、このような状況を作らざるを得なかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
FTK受信回路ボードの量産が終了したため、次年度繰り越した分は挿入時の機械的サポート（一台一台の治具等）やCERN現場での挿入作業のための出張旅費に使用する予定である。FTKシステムを新規にCERNで起動させるためには必要不可欠な経費となっている。
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