| 研究領域 | ヒッグス粒子発見後の素粒子物理学の新展開～LHCによる真空と時空構造の解明～ |
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| 研究課題/領域番号 |
16H06493
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
戸本 誠 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (80432235)
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| 研究分担者 |
山崎 祐司 神戸大学, 理学研究科, 教授 (00311126)
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| 研究期間 (年度) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| キーワード | 素粒子実験 / トップクォーク / LHC-ATLAS実験 |
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| 研究実績の概要 |
2012年までに収集した重心系エネルギー7, 8 TeV、2015年から2018年度までに収集した重心系エネルギー13 TeV、140 /fbの陽子陽子衝突データを用いて、トップクォークに関する以下の研究を推進した。
（1）複数のジェットを随伴するトップクォーク対生成の微分断面積測定などを行った。トップクォークのハドロン崩壊終状態、トップクォーク測定のバックグラウンドの理解に関連の深い、多重散乱モデル、ハドロン終状態の形状の測定を進めた。
（2）B01班と連携して、トップクォークの湯川結合に不可欠なttH過程の世界初観測を実現した。ヒッグス粒子の様々な崩壊過程を用いて6.3σの統計的有意度でttH生成断面積の測定に成功した。
（3）t→qZやt→qHなどの希過程の探索を行い、それらの崩壊分岐比の上限を1/1000から1/10000のレベルにまで下げた。トップクォーク対の荷電非対称度の測定による新物理探索を行なった。
（4）4トップクォーク過程やトップクォーク対に崩壊する重い共鳴粒子の探索を行なった。さらには、スカラートップクォーク、ニュートラリーノ、チャージーノの3種の超対称性粒子の質量差に応じたスカラートップクォークの探索を行なった。これはA01班との連携研究である。
「統合型μ粒子」の開発に関しては、2017年度の研究でまとめた技術仕様設計書（TDR）に基づき、TGC飛跡トリガー、MDT飛跡トリガーで用いる予定のトリガー回路のの量産化に向けた放射線耐性試験を名古屋大学のCo照射施設、神戸大学のタンデム加速器施設にて実施した。また、大規模FPGAを用いたトリガー論理回路のデザインも開始した。第3実験に向けたマルチスレッド対応のソフトウェアトリガーの開発も進めた。
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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
計画調書に記載した（1）テラスケール領域におけるQCDの性質の理解、（2）トップクォークの湯川結合による「真空」の解明、（3）新物理の間接的探索、（4）新物理の直接的探索と「時空」の解明、の全てに対して研究実績で記述した研究成果を新しく出し、その成果を学術論文や国内外の会議で発表した。（2）に関連するttHの世界初観測が2018年度の研究の最大の成果である。当初は第3実験のデータを用いて実現されると思われていたが、この過程の背景事象となるトップクォーク対事象をあらかじめ理解できていたこと、機械学習などを積極的に取り入れたことにより第2実験での測定を達成した。
「統合型μ粒子トリガー」の開発では、高輝度LHC実験に向けた順調にR&Dが進んでいる。特に、2018年度は、μ粒子トリガーの前段回路で使用予定の回路素子の放射線耐性試験を精力的に実施し、素子が高輝度LHC実験の高放射線環境下でも耐えうること立証できた。
以上の観点により、概ね順調に進んでいると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
2019年度と2020年度はLHC加速器はシャットダウンする。この期間に進めるべき研究は、①2018年度までに取得したデータを用いたトップクォークの研究、② 第3実験に向けたソフトウェアトリガーとトップクォーク物理の解析の準備、③ 高輝度LHC実験に向けたトリガー回路のR&Dの3点があげられる。①では、140 /fbの全データを用いたトップクォークの質量精密測定やトップクォークをプローブとした新物理の間接・直接測定を推進する。②ではシミュレーションを用いて第3実験におけるトップクォーク物理に関する感度予想などを追及し、第3実験でデータ収集を行うためのマルチスレッド対応のソフトウェアトリガーを完成させる。③では、検出器近くに設置する前段回路の量産プロトタイプ回路の開発を進めるとともに、大規模FPGAを用いたトリガー論理回路を完成させる。
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