新しいトラッキング手法を用いた新粒子探索

• 研究課題/領域番号: 18J11405
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(実験)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 齊藤 真彦 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円); 2019年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
• キーワード: 素粒子実験 / 超対称性粒子 / LHC / トラッキング

研究実績の概要

・将来加速器における飛跡を用いた新粒子探索の研究
Future Circular Collider (FCC)はLHCの後継機として計画されている重心系エネルギー100TeVの将来ハドロンコライダー計画である。その実現に向けて、FCCの物理的意義等をまとめたConceptual Design Report(CDR)が出版された。研究者は、検出器中の飛跡を用いた超対称性粒子探索という観点から研究を進め、CDRの作成に貢献をした。特に、FCCにおける、暗黒物質を説明可能な超対称性理論モデルの探索可能性について、モンテカルロ・シミュレーションをベースに、トラッキングアルゴリズムの実装等も行い、FCCで達成可能な物理的成果について議論を行った。 関連して、FCCにおける超対称性理論のモデルパラメータの決定についての研究にも携わった。

・新しいトラッキング手法の開発
新しいトラッキング手法を開拓するため、量子アニーリングを用いたトラッキング手法の開発を行った。現行のトラッキングアルゴリズムでは、その計算時間が粒子数の2-3乗に比例するため、FCCや高輝度LHCのように粒子数が非常に多い環境では、計算資源が不足することが指摘されている。量子アニーリングを用いることで、これを解決することを試みた。従来の手法よりも高速なトラッキング手法は達成されなかったが、量子アニーリングのトラッキングへの応用について多くの知見が得られた。
機械学習を用いたトラッキング手法についての研究も進めた。荷電粒子が作るセンサーとの反応点の分布を入力とし、実際に荷電粒子が通った軌跡を出力とする二次元畳み込みニューラルネットワークモデルを作成し、その性能を評価した。また、グラフを扱える深層学習モデルをトラッキングへ応用するため、その前段研究として、LHCにおける事象選別問題に取り組み、物理解析へ応用するための知見を得た。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Determining wino lifetime in supersymmetric model at future 100 TeV pp colliders (2020)
  • 著者名/発表者名: Chigusa So、Hosomi Yusuke、Moroi Takeo、Saito Masahiko
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 803 ページ: 135260-135260
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2020.135260
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Discovery reach for wino and higgsino dark matter with a disappearing track signature at a 100 TeV pp collider (2019)
  • 著者名/発表者名: Saito Masahiko、Sawada Ryu、Terashi Koji、Asai Shoji
  • 雑誌名: The European Physical Journal C 巻: 79 号: 6 ページ: 469-469
  • DOI: 10.1140/epjc/s10052-019-6974-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Studying gaugino masses in supersymmetric model at future 100 TeV pp collider (2019)
  • 著者名/発表者名: Asai Shoji、Chigusa So、Kaji Toshiaki、Moroi Takeo、Saito Masahiko、Sawada Ryu、Tanaka Junichi、Terashi Koji、Uno Kenta
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 2019 号: 5 ページ: 179-179
  • DOI: 10.1007/jhep05(2019)179
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] FCC-hh: The Hadron Collider (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Abada, S. Asai, J. Tanaka et al
  • 雑誌名: The European Physical Journal Special Topics 巻: 228 号: 4 ページ: 775-1107
  • DOI: 10.1140/epjst/e2019-900087-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] グラフネットワークを用いた事象選別 (2020)
  • 著者名/発表者名: 齊藤真彦, 兼田充, 岸本巴, 澤田龍, 田中純一, 寺師弘二
  • 学会等名: 日本物理学会 第75回年次大会
• [学会発表] Quantum annealing algorithms for track pattern recognition (2019)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Saito, Alex Smith, Heather Gray, Junichi Tanaka, Koji Terashi, Lucy Linder, Paolo Calafiura, Ryu Sawada, Wim Lavrijsen, Yasuyuki Okumura
  • 学会等名: 24th International Conference on Computing in High Energy and Nuclear Physic
  • 国際学会
• [備考] BSM Physics at the HL-LHC and HE-LHC
  • URL: https://publishing.cern.ch/index.php/CYRM/article/view/953
• [備考] BSM Physics at the HL-LHC and HE-LHC
  • URL: https://arxiv.org/abs/1812.07831
• [備考] Vol. 3 The Hadron Collider (FCC-hh)
  • URL: https://cds.cern.ch/record/2651300
• [備考] Discovery reach for wino and higgsino dark matter
  • URL: https://arxiv.org/abs/1901.02987