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FASER実験における右巻きニュートリノ探索のための前段シャワー検出器の開発

公募研究

研究領域ニュートリノで拓く素粒子と宇宙
研究課題/領域番号 21H00082
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
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

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)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
キーワードSiGeピクセル検出器 / 新粒子 / 素粒子実験 / FASER / カロリメータ / 素粒子 / 右巻きニュートリノ / ピクセル検出器 / FASER実験 / LHC / シリコン・ピクセル検出器
研究開始時の研究の概要

本研究の目的は、令和4年に実験を開始するLHC-FASER実験において右巻きニュートリノ探索を可能とすることである。これには、高精度の2光子識別能力をもつ光検出器(前段シャワー検出器)の開発が最大の課題である。本研究では、前段シャワー検出器プロトタイプのための「インターフェース基板の開発」、「試験用データ収集システムの開発」、「前段シャワー検出器プロトタイプの性能評価」、「右巻きニュートリノの探索感度の研究」に取り組む。

研究実績の概要

FASER実験は欧州原子核研究機構(CERN)に設置されてある大型ハドロン加速器(LHC)を用いて、MeVからGeV程度の質量を持つ新粒子を探索するための実験である。FASER実験のカロリメータは細分化されておらず、右巻きニュートリノのように新粒子が複数の光子に崩壊した場合、それらを分離して捕らえることができない。本研究者は、2光子を分離するための前段シャワー検出器の開発を目指している。この検出器にはSiGe技術を用いたモノリシック型ピクセル検出器を使用する。ピクセル・センサーへ制御信号を転送し、センサーからの信号を読み出すために、センサーとワイヤーボンドで接続されるフレキシブル基板(モジュール用基板)を使用する。そして、モジュール基板と読み出しシステムを接続するために10~40cm長のフレキシブル基板(信号転送用基板)を使用する。
2023年度は、前段シャワー検出器の実機に使用するためにこれらフレキシブル基板の開発を行った。それに加え、モジュール基板に電源を供給するための基板の開発も行った。2023年度前半は、以前作成したプロトタイプ・センサー用のモジュール基板を用いた最終試験に取り組み、修正すべき点を洗い出した。そして、2023年度後半はジュネーブ大学と協力して基板の設計を行い、実機に必要となる枚数分を製造した。今後、この基板を用いて実機ピクセル検出器を作成し、性能評価に取り組む。そして、2025年春に前段シャワー検出器をFASER実験に導入する予定になっている。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 4件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 備考 (4件)

  • [国際共同研究] ジュネーブ大学/CERN(スイス)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] University of California, Irvine(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Geneva/CERN(スイス)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Mainz University(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Search for dark photons with the FASER detector at the LHC2024

    • 著者名/発表者名
      FASER Collaboration
    • 雑誌名

      Physics Letters B

      巻: 848 ページ: 138378-138378

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2023.138378

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] First Direct Observation of Collider Neutrinos with FASER at the LHC2023

    • 著者名/発表者名
      FASER Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 131 号: 3 ページ: 31801-31801

    • DOI

      10.1103/physrevlett.131.031801

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] New constraint on dark photon at T2K off-axis near detector2023

    • 著者名/発表者名
      Araki Takeshi、Asai Kento、Iizawa Tomoya、Otono Hidetoshi、Shimomura Takashi、Takubo Yosuke
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2023 号: 11 ページ: 1-18

    • DOI

      10.1007/jhep11(2023)056

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] First neutrino interaction candidates at the LHC2021

    • 著者名/発表者名
      T. Ariga, T. Nakano, H. Rokujo, O. Sato et al. (FASER Collaboration)
    • 雑誌名

      Phys. Rev. D

      巻: 104 号: 9 ページ: 091101-091101

    • DOI

      10.1103/physrevd.104.l091101

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The trigger and data acquisition system of the FASER experiment2021

    • 著者名/発表者名
      FASER Collaboration
    • 雑誌名

      Journal of Instrumentation

      巻: 16 号: 12 ページ: P12028-P12028

    • DOI

      10.1088/1748-0221/16/12/p12028

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] LHC-FASER実験における新粒子探索の現状と将来の展望2023

    • 著者名/発表者名
      田窪洋介
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Detecting and studying three-flavor neutrinos with FASER at LHC2023

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Takubo
    • 学会等名
      TAUP2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of FASER preshower detector to search for right-handed neutrinos2022

    • 著者名/発表者名
      田窪洋介
    • 学会等名
      ニュートリノ新学術研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] LHC-FASER実験用SiGe-BiCMOSモノリシック型ピクセル検出器の開発2022

    • 著者名/発表者名
      田窪洋介
    • 学会等名
      測定器開発プラットフォーム シリコン検出器班 第四回ミーティング
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] LHC-FASER実験用シリコン検出器のコミッショニング状況とアップグレード計画2021

    • 著者名/発表者名
      田窪洋介
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] FASERのオフィシャル・サイト

    • URL

      https://faser.web.cern.ch/index.php/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] FASER Japan

    • URL

      https://faser-japan.org/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] FASER KEK

    • URL

      https://faser.kek.jp/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] FASER Japan

    • URL

      https://faser.kek.jp/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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