| 研究課題/領域番号 |
22K03649
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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 | 東京大学 |
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研究代表者 |
齋藤 智之 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 助教 (50749629)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | ミューオン異常磁気能率 / 超対称性 / 陽子陽子衝突型加速器 / LHC / データ収集系 / トリガー系 / 素粒子標準模型 / LHC加速器 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
2021年4月にアメリカのフェルミ国立加速器研究所の実験がミューオン異常磁気能率の新しい測定結果を公表し、素粒子標準模型の予言値と優位にずれていることを明らかにした。これは現在の標準模型では説明できない現象であり、新しい理論模型を必要とする明確な兆候といえる。本研究はこのミューオン異常磁気能率のずれを指標にし、電弱エネルギースケールの超対称性粒子の寄与の解明を目的とする。
スイスのCERN研究所の陽子陽子衝突型加速器(LHC)において、このずれに直接寄与しうる超対称性粒子の研究を展開する。課題となる莫大な背景事象を克服するために独自の信号収集方法を開発することで研究を実現する。
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| 研究実績の概要 |
ミューオン異常磁気能率の測定結果と素粒子標準模型の予言値との有意なずれは、新しい理論模型を必要とする兆候である。本研究はミューオン異常磁気能率のずれを指標にし、電弱エネルギースケールの超対称性粒子の寄与の解明を目指す。スイスのCERN研究所の陽子陽子衝突型加速器(LHC)において、このずれに直接寄与しうる超対称性粒子を研究対象とする。課題となる莫大な背景事象を独自の手法で解決することで、未探索領域での超対称性粒子の発見に挑戦する。
本年度は、電力節約制限からLHC加速器の運転時間が短縮される中でデータ収集系の高度化に取り組み衝突データ収集量を最大化する努力を行った。LHC加速器ではビーム強度(ビームバンチ内の陽子数)の増強が試みられ、それに伴い実験衝突点でのパイルアップ数(ビームバンチ交差毎の陽子衝突数)が増加した。その結果ATLAS実験遂行の要である初段トリガーシステム系の帯域幅制限100 kHzに到達してしまい、データが効率的に収集できない問題に陥った。その中で新しく導入したデータ収集系において、2022年から準備を進めてきた高度化した新しいトリガーロジックを稼働させることに成功した。効率的に背景事象を選別し余分な8 kHzのトリガーレートを削減し帯域幅にスペースを与え、ATLAS実験のデータ取得効率向上に貢献し、より多くのデータを収集することに成功した。
ミューオン異常磁気能率に寄与しうる超対称性粒子とその質量階層を精査した。従来検証がなされていなかった超対称性粒子の質量階層パターンを特定し、新しい研究手法の開発を進めた。その手法により従来の研究を上回る感度で探索可能であることを示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
新しく導入した先進的なデータ収集システムにおいて、内層ミューオン検出器やカロリメータの信号を統合的に利用できる新しいリアルタイム粒子検出ロジックの稼働に成功した。これは研究を戦略的かつ計画的に進め、詳細な性能評価の繰り返しを通じてシステムを継続的に改良し続けた成果であり、順調に研究が進展しているといえる。
ミューオン異常磁気能率の測定値の解明に向けて、従来検証がなされていなかった超対称性粒子の質量階層パターンを特定できた。そしてその質量階層パターンに最適化した研究手法の開発を進め、LHC加速器を用いた探索可能性を示すことができた。今後LHC加速器で収集したデータを用いた超対称性粒子の研究を行う準備が整った。順調に研究が進んでいるといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度に稼働させた新しいリアルタイム粒子検出ロジックの最高性能到達を目指す。2023年度は全領域の70%ほどの領域で稼働させるところまで達成したので、今後は全領域での稼働を試み、さらなる性能向上を行った上でトリガーレート削減を目指す。
収集した衝突データを用いて、2023年度に構築した専用の研究手法で超対称性粒子探索を進める。ミューオン異常磁気能率を説明する超対称性粒子の質量階層のうち、従来研究がされていなかったものに焦点をあて研究を進める。これらの研究によりミューオン異常磁気能率の予言値と測定値のずれの解明への理解を進める。
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