| 研究課題/領域番号 |
21H04484
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分15:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
後藤 雄二 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 先任研究員 (00360545)
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| 研究分担者 |
中川 格 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 専任研究員 (60505668)
毛受 弘彰 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 助教 (10447849)
谷田 聖 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (00360587)
三塚 岳 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 准教授 (00566804)
中條 達也 筑波大学, 数理物質系, 講師 (70418622)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
41,860千円 (直接経費: 32,200千円、間接経費: 9,660千円)
2024年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2023年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
2022年度: 14,040千円 (直接経費: 10,800千円、間接経費: 3,240千円)
2021年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円)
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| キーワード | 偏極陽子衝突 / 超前方領域 / 粒子生成 / 非対称度 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
我々はスピンの向きをそろえた（偏極した）陽子同士の衝突により、衝突位置の超前方に生成される中性パイ中間子が大きな左右非対称度を持つことを発見した。陽子衝突での粒子生成に対する理論・計算の構築は積年の研究課題であり、高エネルギーの宇宙線が大気中で起こす空気シャワーの理解のためにも、その発展が望まれている。本研究では新たな大きな検出器を建設して偏極陽子と陽子及び原子核との衝突実験を行い、この粒子生成の起源を解明する。大きな検出器により新たな粒子（中性K中間子、ラムダ粒子）についても生成断面積、左右非対称度、原子核の核種依存性を測定し、さらに他の検出器で測定された粒子との相関を調べる。
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| 研究実績の概要 |
RHIC偏極陽子衝突による超前方領域での粒子生成の起源の研究・解明を目標とし、広い横運動量の領域について統合する衝突モデルを築き、粒子生成の起源の解明を行う。中性K中間子、ラムダ粒子など、これまで衝突モデルの入力データとして取り入れられていない粒子を含む多様な粒子の生成断面積、左右非対称度、原子核の核種依存性、他の粒子との相関を研究を行なう。
新たなシリコン検出器を用いたカロリメータ検出器を開発・建設し、新たな測定を行うことにより目標を達成する。このためのプロトタイプ検出器のテスト、評価を実験室及び東北大ELPH施設やCERN-PSおよびSPS加速器でのテストビーム、理研小型中性子照射施設での放射線耐性テストを進めた結果、シリコン検出器の技術の選択を行い、次の段階の検出器の製作を開始している。
テストの結果は学会や研究会、国際会議で発表され専門家の評価を得て、さらに共同実験グループ内でのレビューを行っている。全ての結果は技術報告書にまとめられ、研究会や会議の会議録として公表されており、論文として出版する。
また2017年のRHICでの実験データの解析も順調に行われている。既に論文として出版した中性パイ中間子の非対称度に加えて、光子の生成断面積、中性子の非対称度の解析が終了し、学会や研究会、国際会議で発表されている。光子の生成断面積はCERN-LHCのより高エネルギーでの陽子衝突の結果との比較が行われ、衝突エネルギーに依らないスケーリング則を支持する結果となっている。この結果は超高エネルギーの宇宙線の大気との衝突事象を再現するための事象生成コードの開発に必要な新しいデータとなる。中性子の非対称度としては高い統計量のデータ解析により、予定していた高い分解能で広範囲の横運動量領域を覆う結果を得た。結果は大きな非対称度を示すたいへん興味深いデータを示しており、論文として出版した。
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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
研究計画からはシリコン材料や機器の供給不足の問題もあり遅れているが、プロトタイプ検出器のテストによる新たなカロリメータ検出器の開発・建設のためのシリコン検出器のセンサーや電子回路部品や基板の評価、技術の選択を行い次の段階の検出器のためのセンサー、電子回路部品、基板の製作を行っている。
テストの結果は学会や研究会、国際会議で発表され専門家の評価を得て、さらに共同実験グループ内でのレビューを行っている。評価はソフトウェアを含む最終的な検出器を想定したシミュレーション計算によっても行われ、全ての結果は技術報告書にまとめられ、研究会や会議の会議録として公表されており、論文として出版する。
また、研究計画として当初予定していた今年度の実験データ収集は、実験を実施する施設であるブルックヘブン国立研究所のRHIC加速器の運転状況、運転計画の変更により困難となっているが、次世代の施設であるEIC加速器での実験遂行を含めた研究を目的に含めて検討を行っている。
2017年のRHICでの実験データの解析については順調に進んでいる。光子の生成断面積、中性子の非対称度の解析が終了し、学会や研究会、国際会議で発表されている。どちらの実験データもたいへん興味深い結果を示している。中性子の非対称度の結果を論文として出版した。これらの非対称度の起源を探る理論研究も行われ、実験データとの比較を進めている。こちらも最終結果を論文として出版する準備を進めている。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究計画として当初予定していた今年度の実験データ収集は、実験を実施する施設であるブルックヘブン国立研究所のRHIC加速器の運転状況、運転計画の変更により困難となっている。引き続き、今後の実験遂行、データ収集に向けた実験施設との交渉を進めるが、今後はRHIC加速器施設の終了後の次世代の施設であるEIC加速器における実験遂行を含めた研究計画の修正の可能性も含めた検討を行う。
今年度も筑波大グループがリードして進めているLHCのALICE実験で用いるFoCalカロリメータの技術を用いた大型の高性能カロリメータの製作を引き続き進め、完成させる。これはタングステンを吸収層、シリコンパッド検出器をエネルギー測定層として用いるサンドウィッチ型のサンプリング・カロリメータである。高精度の位置情報は、より細密なシリコンピクセル検出器により与えられる。
これまでシリコンパッド検出器のセンサーおよび読み出し・トリガー回路の開発・試作を進めてきた結果としてシリコンセンサーについてはp型センサーを用いることを決定した。同様に試作を進めてきた読み出し・トリガー回路と合わせて検出器を製作し、テストビームによる性能評価と放射線耐性の試験を行う。
実験データ解析として昨年度は中性子の左右非対称度の結果を出版したが、光子の断面積の結果も近日中に出版する。STAR検出器と合わせたデータ解析、理論計算も順調に進んでおり、実験データの解釈を進め、中性パイ中性子と中性子の非対称度を合わせて理解する。
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