素粒子実験で用いる半導体受光素子の微弱光検出能力の限界を探る

• 研究課題/領域番号: 23540338
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 吉田 拓生 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30220651)
• 研究期間 (年度): 2011-04-28 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2015年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2014年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2013年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2012年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2011年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 素粒子実験 / 半導体受光素子 / APD / MPPC / シンチレーション光 / チェレンコフ光

研究成果の概要

素粒子実験用の粒子検出器の中には、荷電粒子が物質中を通過するときに生じるシンチレーション光のような極めて微弱な光信号を捉えることによって粒子を検出するものがある。本研究では、アバランシェフォトダイオードやマルチピクセルフォトンカウンター（MPPC）など、粒子検出器の受光素子の候補となり得る半導体受光素子の微弱光検出能力を評価する実験を行った結果、MPPCが最も高感度であることが分かった。特に、MPPCを－40℃程度まで冷却することによって、従来用いられてきた光電子増倍管などでは検出効率が著しく低下する光子7個程度の極めて微弱な光信号に対しても、100%近い検出効率が得られることが分かった。

研究成果

• [雑誌論文] Constraints on Models of the Higgs Boson with Exotic Spin and Parity using Decays to Bottom-Antibottom Quarks in the Full CDF Data Set (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Aaltonen, S.H. Kim, T. Okusawa, Y. Seiya, D. Toback, F. Ukegawa, C. Vellidis, T. Yoshida, 他394名, 396番目
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 114 号: 14
  • DOI: 10.1103/physrevlett.114.141802
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Search for Resonances Decaying to Top and Bottom Quarks with the CDF Experiment (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Aaltonen, S.H. Kim, T. Okusawa, Y. Seiya, D. Toback, F. Ukegawa, C. Vellidis, T. Yoshida, 他394名, 398番目
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 115 号: 6
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.061801
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] First measurement of the forward-backward asymmetry in bottom-quark pair production at high mass (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Aaltonen, S.H. Kim, T. Okusawa, Y. Seiya, D. Toback, F. Ukegawa, C. Vellidis, T. Yoshida, 他395名, 397番目
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 92 号: 3
  • DOI: 10.1103/physrevd.92.032006
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Precise measurement of the W-boson mass with the Collider Detector at Fermilab (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Aaltonen, S.H. Kim, T. Okusawa, Y. Seiya, D. Toback, F. Ukegawa, C. Vellidis, T. Yoshida, 他407名, 409番目
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 89 号: 7
  • DOI: 10.1103/physrevd.89.072003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of top-quark production and decays involving a tau lepton at CDF and limits on a charged Higgs boson contribution (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Aaltonen, S.H. Kim, T. Okusawa, Y. Seiya, D. Toback, F. Ukegawa, C. Vellidis, T. Yoshida, 他400名, 402番目
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 89 号: 9
  • DOI: 10.1103/physrevd.89.091101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of s-Channel Production of Single Top Quarks at the Tevatron (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Aaltonen, S.H. Kim, T. Okusawa, Y. Seiya, D. Toback, F. Ukegawa, C. Vellidis, T. Yoshida, 他759名, 752番目
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 112 号: 23
  • DOI: 10.1103/physrevlett.112.231803
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for Supersymmetry with Like-Sign Lepton-Tau Events at CDF (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Aaltonen, S.H. Kim, T. Okusawa, L. Ristori, Y. Seiya, F. Ukegawa, C. Vellidis, T. Yoshida, 他403名, 405番目
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 110 号: 20
  • DOI: 10.1103/physrevlett.110.201802
  • 査読あり
• [雑誌論文] Combination of searches for the Higgs boson using the fukk CDF data set (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Aaltonen, S.H. Kim, T. Okusawa, L. Ristori, Y. Seiya, F. Ukegawa, C. Vellidis, T. Yoshida, 他402名, 404番目
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 88 号: 5 ページ: 52013-52013
  • DOI: 10.1103/physrevd.88.052013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of the Production of a W Boson in Association with a Single Charm Quark (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Aaltonen, S.H. Kim, I. Nakano, T. Okusawa, L. Ristori, Y. Seiya, F. Ukegawa, C. Vellidis, T. Yoshida, 他465名, 468番目
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 110 号: 7
  • DOI: 10.1103/physrevlett.110.071801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for neutral Higgs bosons in events with multiple bottom quarks at the Tevatron (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Aaltonen, S.H. Kim, I. Nakano, T. Okusawa, L. Ristori, Y. Seiya, F. Ukegawa, C. Vellidis, T. Yoshida, 他855名, 846番目
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 86 号: 9
  • DOI: 10.1103/physrevd.86.091101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Precision Top-Quark Mass Measurements at CDF (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Aaltonen, S.H. Kim, I. Nakano, T. Okusawa, L. Ristori, Y. Seiya, F. Ukegawa, C. Vellidis, T. Yoshida, 他465名, 466番目
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 109 号: 15
  • DOI: 10.1103/physrevlett.109.152003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of the top quark mass in the all-hadronic mode at CDF (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Aaltonen, S.H. Kim, I. Nakano, T. Okusawa, G. Punzi, R. Roser, Y. Seiya, F. Ukegawa, T. Yoshida, 他465名, 466番目
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 714 号: 1 ページ: 24-31
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2012.06.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for Higgs bosons produced in association with b quarks (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Aaltonen, S.H. Kim, T. Okusawa, G. Punzi, R. Roser, Y. Seiya, F. Ukegawa, T. Yoshida, 他503名、504番目
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 85 号: 3
  • DOI: 10.1103/physrevd.85.032005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Top-Quark Mass Measurement using events with missing transverse energy and jets at CDF (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Aaltonen, S.H.Kim, et al
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 巻: 107 号: 23
  • DOI: 10.1103/physrevlett.107.232002
  • 査読あり
• [学会発表] BGOファイバーのγ線エネルギー分解能向上のための研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田後佑典，小川祐生，吉田拓生
  • 学会等名: 2015年度 日本物理学会北陸支部 定例学術講演会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2015-11-28
• [学会発表] 素粒子実験に用いるAPDの微弱光に対する検出効率向上の研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 図師太一，折笠桂輔，吉田拓生
  • 学会等名: 2014年度 日本物理学会北陸支部 定例学術講演会
  • 発表場所: 福井大学
  • 年月日: 2014-12-13
• [学会発表] 素粒子実験で用いる受光素子の微弱光検出能力の研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 折笠桂輔，図師太一，吉田拓生
  • 学会等名: 2014年度 日本物理学会北陸支部 定例学術講演会
  • 発表場所: 福井大学
  • 年月日: 2014-12-13
• [学会発表] シンチレーションカウンターの代替となるチェレンコフカウンターの検出効率 (2013)
  • 著者名/発表者名: 行方 彩、吉田拓生
  • 学会等名: 2013年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会
  • 発表場所: 富山大学
• [学会発表] 素粒子実験で用いるアバランシェフォトダイオードの過剰雑音の研究
  • 著者名/発表者名: 清水佑亮，井上博貴，小村祥太，吉田拓生
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 京都産業大学
• [学会発表] 微弱シンチレーション光の読み出しに用いるMPPCの温度特性
  • 著者名/発表者名: 永島幹也，小森亮太，田中里依，服部智也，前川貴昭，吉田拓生
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 京都産業大学
• [学会発表] MPPCバイアス電圧自動温度補償システムの開発
  • 著者名/発表者名: 田中里依，永島幹也，吉田拓生
  • 学会等名: 2012年度日本物理学会北陸支部 定例学術講演会
  • 発表場所: 金沢大学
• [学会発表] シンチレーティングファイバーの読み出しに用いるMPPCの温度特性
  • 著者名/発表者名: 小森亮太，永島幹也，服部智也，吉田拓生
  • 学会等名: 2011年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会
  • 発表場所: 福井大学
• [学会発表] カロリメーターで用いるAPDの過剰雑音の研究
  • 著者名/発表者名: 清水佑亮，小村祥太，井上博貴，吉田拓生
  • 学会等名: 2011年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会
  • 発表場所: 福井大学
• [学会発表] シンチレーションカウンターの代替となるチェレンコフカウンターの開発
  • 著者名/発表者名: 梶 瑞季，竹生裕香，吉田拓生
  • 学会等名: 2011年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会
  • 発表場所: 福井大学
• [備考] 素粒子実験で用いる半導体受光素子の微弱光検出能力の限界を探る
  • URL: http://apphy.u-fukui.ac.jp/~yoshida/main.htm
• [備考] 素粒子実験で用いる半導体受光素子の微弱光検出能力の限界を探る
  • URL: http://apphy.u-fukui.ac.jp/~yoshida/photosensor/photosensor.htm
• [備考] 素粒子実験で用いる半導体受光素子の微弱光検出能力の限界を探る
  • URL: http://apphy.u-fukui.ac.jp/~yoshida/photosensor/photosensor.htm
• [備考]
  • URL: http://apphy.u-fukui.ac.jp/~yoshida/main.htm