2014 Fiscal Year Annual Research Report
第３世代クォークを用いたヒッグス機構の全貌解明と新物理探索
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26247038
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
花垣 和則 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (40448072)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
波場 直之 島根大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (00293803)
濱口 幸一 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (80431899)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ヒッグス / ボトムクォークジェット / シリコン検出器 / 放射線耐性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
物理解析関連では，今年度はLHCが運転を停止していたため，来年度の運転再開直後にATLAS実験にてH→bb事象探索を速やかに行えるよう，ソフトウェアの整備を進めた。この運転停止期間にユーザーレベルのデータフォーマットの変更を行ったのでそれに対する対応を進めた。並行して，加速器の衝突エネルギーが8TeVから13TeVに上がるので，この変更に伴う信号探索感度の評価をモンテカルロシミュレーションを用いて行い，事象選別の最適化をやり直した。これにより，およそ100/fb程度のデータがあれば，H→bb単独で3σ程度の発見感度を達成できると見込んだ。さらに，発見感度をさらに向上させるべく，ミューオンを含んだボトムクォーク起源のジェットのエネルギー較正方法の改善に取り組んだ。
検出器開発関連では，まず第一に，目標としていたテレスコープ（ビームテスト時に使用する，荷電粒子の飛跡検出器）およびデータ収集システムの開発をほぼ終えた。CERNで120GeVのπビームを用いてビームテストを行い，調整不足ながら位置分解能10μm以下を達成していることを確認した。また，ビームテスト時にテレスコープと同時に使用する，ビームの位置と形状測定用のファイバートラッカーの開発も終了し，同じくCERNでビームテストを行い，その動作確認をした。
さらにもう一つのテーマである放射線耐性の高いシリコンセンサー開発の一環として，ATLASアップグレード用シリコンピクセル検出器の電荷収集効率測定法の確立に取り組んだ。ベータ線源を用いて，センサーからの信号のTime Over Thresholdの測定から収集電荷量を推定するための較正方法を確立し，さらに，その結果を用いて，放射線損傷による電荷収集効率の劣化を定量的に評価することに成功した。
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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
本年度の当初計画は大きく分けて（１）H→bb事象探索に向けて，シミュレーションを使った事象選別の最適化（２）ATLASアップグレード用シリコンピクセル検出器の放射線耐性評価に向けた電荷収集効率測定法の確立（３）荷電粒子飛跡検出器であるシリコンストリップ検出器（テレスコープ）の製作およびそれに伴うDAQシステムの開発，以上の3点であった。
（１）については，重心系エネルギー13TeVにおける発見感度を評価することができ，さらに想定通り，事象選別の最適化を始めている。具体的な改善も，あくまでシミュレーション内だが得られている。また，ボトムクォークジェット同定そのものには取り組めていないが，その代わりに，ボトムクォークジェット同定と深く関係のある，ボトムクォークジェットのエネルギー分解能向上を目指して，新たなエネルギースケール構成方法の確立に取り組んでいる。
（２）シリコンセンサーが信号読み出し用ICとバンプボンディングされているピクセル検出器においては，ADC情報がないために，電荷収集量を高い精度で評価するのが難しい。本研究では，読み出しICに備わっているTime Over Threshold測定機能を用いて，困難を極めながらも，電荷収集量の測定を10ないし20%程度の精度で行う手法の確立に成功した。
（３）テレスコープ本体とその信号読み出しDAQシステム全体を完成することができた。テレスコープに用いられている信号読み出し用ICには，制御信号の複雑さとタイミング要求の厳しさがあったが，安定して読み出しを行えるファームウェアを開発できたのは大きな前進であった。7～8kHzの読み出し速度を達成しているのは，当初の計画以上であり，また，テレスコープの製造だけでなくビームテストまで行い，10μm以下の位置分解能を達成できていることを確認できたのも，当初の計画以上の進展である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は，LHCが衝突エネルギーを13TeVに上げて運転を再開するので，得られたデータの迅速な解析が最重要課題の一つである。シミュレーションにて最適化した事象選別を行い，背景事象の評価がシミュレーションの予想と一致するかどうかを確認する。また，陽子ビームのエネルギーが変わったこと，および，ビームのバンチ間隔が変わったことから，背景事象の量や分布がRun1に比べて変わることが予想されるので，背景事象の評価方法そのものの確立も重要となる。
テレスコープ関連では，分解能10μmと評価できたことは計画よりも速い進捗であったが，今後は，その分解能の改善を試みる。アラインメント方法の見直し，検出器調整の最適化を行い，再度ビームテストを行う。特に，隣り合うストリップで電荷が分割された場合の取り扱いが現在の方法では全く最適化されていないので，改善した取り扱い方法を用いて，位置分解能5μm程度を目指す。
HL-LHC用の内部飛跡検出器であるシリコンピクセルおよびストリップ検出器の製造開始が近づいていることを受け，大量生産時の試験システムの開発に着手する。現行，我々のグループではSiTCP技術を用いた汎用DAQ基板を用いているが，同じくSiTCP技術を使いつつ，我々の目的に最適化した独自の基板を開発する予定である。他国のグループに先んじて試験システムを確立することは，後々の主導権を握る上で重要な戦略となるので，上記ハードウェアだけでなく，ファームウェアそしてソフトウェアの開発も並行して進めていく。
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| Remarks |
一般向け講演等の記録
http://osksn2.hep.sci.osaka-u.ac.jp/atlas/outreach.php?language=japanese
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