| 研究課題/領域番号 |
20H05638
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
中條 達也 筑波大学, 数理物質系, 講師 (70418622)
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| 研究分担者 |
三明 康郎 筑波大学, 数理物質系, 特命教授 (10157422)
Novitzky Norbert 筑波大学, 数理物質系, 助教 (30842570)
稲葉 基 筑波技術大学, 産業技術学部, 准教授 (80352566)
杉立 徹 広島大学, 学術・社会連携室, 特任教授 (80144806)
下村 真弥 奈良女子大学, 自然科学系, 助教 (70555416)
蜂谷 崇 奈良女子大学, 自然科学系, 助教 (10589005)
大山 健 長崎総合科学大学, 工学研究科, 教授 (10749047)
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| 研究期間 (年度) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| キーワード | 量子色力学 / カラーグラス凝縮 / クォーク・グルーオン・プラズマ / 電磁カロリメータ / 前方物理 / LHC 加速器 / ALICE 実験 / シリコン検出器 |
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| 研究実績の概要 |
国際研究集会「Mini-workshop on ALICE FoCal and continuous readout electronics」を開催した(４月)。p型シリコンセンサとその読み出し方法について、オンラインで各国の参加者とつなぎ、２０２０年の研究方針と計画を定めた。日本グループは、超前方カロリメータ検出器 FoCal の主要部である「FoCal-E pad」の主担当であり、本プロジェクトを主導している。FoCal は ALICE 実験の正式プロジェクトとして承認され（4月）、さらに LHCC 国際委員会に LoI (Letter of Intent) を提出し、同委員会で承認された(6月)。
本年度は、FoCal 最終試作機で用いる p型シリコンセンサーを新たに設計・購入した。本センサーの基礎特性を調べるため、赤外光レーザーとソースメーターを使用し、動的特性や I-V 特性等を測定した。２月、東北大学・電子光理学研究センターにおいて、本シリコンセンサーに電子ビームを照射し、評価実験を行った。その結果、最小電離粒子 MIP のシグナルが確認された。その後、宇宙線を使ったテストを行い、MIP シグナルを測定し、所定の性能を有していることを確認した。中條は FoCal プロジェクトを代表して、ALICE 実験内にて、現状を報告した (3月)。また初期のFoCal 試作機について、その結果を論文にまとめ、Nucl. Inst. and Methds A 誌に投稿し、掲載された。
理化学研究所が FoCal プロジェクト推進のため、ALICE アソシエイトメンバーとして再登録することが承認された (11月)。また佐賀大学もALICE フルメンバーとして加入し (3月)、FoCal 後段の読み出し開発に参加する予定である。
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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
FoCal プロジェクトが正式に承認されたのち、本プロジェクトは次の段階、すなわち「FoCal 検出器技術書 (TDR)」の策定に向けて、順調に進展している。購入した p 型センサーの特性については、ビーム試験や宇宙線測定により、概ね所定の性能を有していることを確認した。新規読み出し集積回路とその基板設計については、グルノーブル LPSC にて試作機が製作され、現在テストを行っている。２０２１年度に予定している最終試作機の製作準備も順調に進んでいる。高エネルギー加速器研究機構のシリコンプラットフォームのメンバーの協力も得ながら、モジュール製作についての議論を進めている。新しく理化学研究所、佐賀大学が FoCal プロジェクトに加わり、日本グループによって本プロジェクトをさらに強力に推進する体制が整った。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は、昨年度に新たに購入し、性能評価を行なったP型シリコンセンサーを用いて、FoCal-E PAD 最終試作機を製作し、性能を評価する。今回製作する最終試作機は、HGCROC 集積回路を用いて、シリコンセンサーからのデータを読み出す。HGCROCは、FoCal 検出器において初めて使用する。タングステン、シリコンセンサ、HGCROC 集積回路搭載ボート、から構成されるモジュールを合計で１８層、製作する。
HGCROC 集積回路搭載のボードは、現在、グルノーブル LPSC 研究所にて開発が進んでいるが、そのうちの試作機１枚をまず日本でテストする。また東北大学の電子光理学研究センターにてビームテストを行い、最小電離粒子を測定し、応答の均一性や、ノイズレベルについて評価する（７月末）。同時に、筑波大テストベンチにて、レーザ照射と宇宙線による応答を測定し、性能を評価する。その後、筑波大もしくはフランスにて、最終１８モジュール製作を行い、試作機を組む。組み上げた試作機は、１０月末の SPS 加速器によるテスト実験にて、120 GeV/c 相当の電子ビームを用いて性能を評価する。また、放射線照射によるシリコンセンサと読み出し回路への影響を評価するため、理化学研究所の小型中性子施設 (RANS) での実験計画を立案し、照射実験を行う。
マスプロダクションについて、KEK シリコンプラットフォームを活用する。具体的には、適切な接着剤の選定、接着方法、ワイヤーボンディング、品質管理などである。これらをFoCal-J 日本チーム（筑波大、筑波技術大学、広島大、奈良女子大、理研、長崎総合科学大、佐賀大）で実行する。得られた結果は、日本物理学会や国際会議等にて報告する。これらの結果は、「FoCal 検出器技術書 (TDR)」に記載する重要な基礎データとなる。
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