| 研究課題/領域番号 |
20K04004
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
田窪 洋介 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, 研究機関講師 (50423124)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | モノリシック型ピクセル検出器 / シリコン・ゲルマニウム技術 / 新粒子 / FASER / LHC / アクシオン / シリコンピクセル検出器 / 新粒子探索 / ピクセル検出器 / モノリシック / FASER実験 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
MeVからGeV程度の軽い質量を持ち、素粒子の標準模型粒子と非常に弱く相互作用するアクシオン的粒子(ALP: Axion Like Particle)は、新粒子の有力候補として近年、世界的に注目を集めている。現在CERNで建設中のFASER実験は2021年から開始されるが、未解決な最大の課題は、ALP探索のための高精度の2光子識別能力をもつ光検出器を開発することである。本研究では、BiCMOSモノリシック型ピクセル検出器を用いて、飛躍的に高い2光子識別能力をもつ光検出器を製作する。そして、2023年にFASER実験に導入することで、新粒子の候補であるALPの発見へとつなげる。
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| 研究実績の概要 |
本研究は、2022年から欧州原子核研究機構(CERN)で開始したFASER実験において、アクシオン的粒子(ALP: Axion Like Particle)を探索するためにシリコン・ゲルマニウム(SiGe)-BiCMOSモノリシック型ピクセル検出器を用いた前段シャワー検出器の開発を目指している。本科研費で行う研究事項は、「ピクセル検出器に使用する基板類の開発」と「データ収集システム用ソフトウェアの開発」によって前段シャワー検出器を実現させることである。令和4年度の研究実績の概要は以下のとおりである。
* ピクセル検出器に使用する基板類の開発：前段シャワー検出器では、6センサーをフレキシブル基板（モジュール基板）に接着してモジュールとし、12モジュールを使用して1レイヤーとする。各モジュールにはピッグテールと呼ばれるフレキシブル基板が接続される。そして、ピッグテールをデータ収集システムや電源に接続するためのインターフェース基板を使用する。本研究では、モジュール基板、ピッグテール、インターフェース基板の開発を行う。令和4年度はモジュール基板とピッグテールのプロトタイプを製造した。そして、プロトタイプ・センサーとこれらの基板を用いてプロトタイプ・モジュールを作成し、性能評価試験を行った。その結果、これらの基板は当初の性能を達成していることが分かり、令和5年度に実機用の基板類を開発することになった。
* データ収集システム用ソフトウェアの開発：前段シャワー検出器の開発のために、モジュールやレイヤーを試験するためのデータ収集システムの開発を行う必要がある。本科研費では、システム制御を行うためのソフトウェアを開発する。令和4年度は、プロトタイプ・モジュールを試験するためのソフトウェアを開発し、性能評価試験に使用した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
コロナの影響や世界的な半導体不足、センサーを製造している研究協力機関においてセンサーの製造装置の故障が発生し、前段シャワー検出器の開発は半年ほど遅れが生じている。しかし、これらの問題は既に解消されている。また、本科研費で開発を行うことになっている基板類については、技術的問題は発生していないので、本科研費の目的である前段シャワー検出器の実現は達成できる見込みである。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究は令和4年度までを予定していたが、研究の遅れに伴い令和5年度まで延長することにした。令和5年度は、前段シャワー検出器の実機のための基板類の開発を行い、実機用モジュールとレイヤーの製造を開始する。また、データ収集のためのソフトウェアは、プロトタイプ・モジュールの試験のために開発したものを実機用に拡張する。
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