LHC13TeV陽子衝突での超前方粒子生成とファイマンスケーリングの研究

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26247037
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 伊藤 好孝 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (50272521)
• 研究分担者: さこ 隆志 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 講師 (90324368) ; 毛受 弘彰 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 助教 (10447849) ; 増田 公明 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (40173744)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 宇宙線 / 加速器実験 / 国際協力 / 実験核物理 / 素粒子実験 / 国際研究者交流 / ラージハドロンコライダー / CERN

研究実績の概要

LHCf13TeV陽子陽子衝突データの解析を進め、これまでで最も高い衝突エネルギーでの宇宙線ハドロン相互作用モデルの検証を行った。前年度の超前方ガンマ線測定に続き、今年度は超前方生成中性子スペクトルの最終結果を導出した。得られたファイマンXfスペクトルは、LHCf7TeVおよびまた200GeVRHICデータと矛盾なく、ファイマンスケーリングがよく成り立っていることを示唆している。また、ATLAS実験との連動解析により、ATLAS中央検出器の飛跡情報を用いて、陽子陽子衝突を回折的散乱、非回折的散乱に選別し、各々からの超前方生成ガンマ線スペクトルを明らかにし、陽子陽子衝突のモードに分けて超前方粒子生成を検証することに成功した。これらのデータを用いて改良された宇宙線ハドロン相互作用モデルSYBILL3.0cを用いて、空気シャワー発達の違いを検討し、回折的散乱の不定性がシャワー最大発達高度に与える影響について考察した。
RHICf実験については、2017年6月21-26日に取得に成功した510GeV偏極陽子陽子衝突データの初期解析を進め、
衝突エネルギー510GeVにおける超前方ガンマ線スペクトル導出に向けての準備を行うと共に、これまで想定していなかった超前方中性パイ中間子における横非対称性を発見した。
これらの成果を世界に発信し、専門家と議論を行うため、2017年9月26-29日に国際研究会Forward Physics and High Energy Scattering at Zero Degree 2017を、2018年5月21-25日に国際会議20th International Symposium on Very High Energy Cosmic Ray Interactions (ISVHECRI2018)を、どちらも名古屋大学において開催した。

現在までの達成度 (段落)

平成29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

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] フィレンチェ大学/カタニア大学(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: フィレンチェ大学/カタニア大学
• [国際共同研究] エコール・ポリテクニク(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: エコール・ポリテクニク
• [国際共同研究] ローレンス・バークレー研究所(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ローレンス・バークレー研究所
• [国際共同研究] ソウル大学/コレア大学(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: ソウル大学/コレア大学
• [雑誌論文] Measurement of inclusive forward neutron production cross section in proton-proton collisions at s=13$$ \sqrt{s}=13 $$ TeV with the LHCf Arm2 detector (2018)
  • 著者名/発表者名: Adriani O.、Berti E.、Bonechi L.、Bongi M.、D’Alessandro R.、Detti S.、Haguenauer M.、Itow Y.、Kasahara K.、Makino Y.、Masuda K.、Menjo H.、Muraki Y.、Ohashi K.、Papini P.、Ricciarini S.、Sako T.、 et al.
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 1811 ページ: 073
  • DOI: 10.1007/JHEP11(2018)073
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Monte Carlo Study of Diffraction in Proton?Proton Collisions at \(\sqrt{s} \) = 13?TeV with the Very Forward Detector (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhou Qi-Dong、Itow Yoshitaka、Sako Takashi、Menjo Hiroaki
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 19 ページ: 011041
  • DOI: 10.7566/JPSCP.19.011041
  • 国際共著
• [雑誌論文] The Resent Results from the LHCf Experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: Menjo Hiroaki、Adriani Oscar、Berti Eugenio、Bonechi Lorenzo、Bongi Massimo、Castellini Guido、D’Alessandro Raffaello、Haguenauer Maurice、Itow Yoshitaka、Iwata Taishi、Kasahara Katsuaki、Makino Yuya、Masuda Kimiaki、Matsubara Yutaka、Matsubayashi Eri、Muraki Yasushi、Sako Takashi et al.
  • 雑誌名: JPS Conference Proceeding 19 (2018) 011017 巻: 19 ページ: 011017
  • DOI: 10.7566/JPSCP.19.011017
  • 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of very forward particle production at RHIC with √s=510 GeV proton-proton collisions (2018)
  • 著者名/発表者名: Sako Takashi、Itow Yoshitaka、Zhou Qigong D.、Ueno Mana、Shinoda Maiko、Sato Kenta、Menjo Hiroaki、Nakagawa Itaru、Seidl Ralf、Kim M.H.、Tanida Kiyoshi、Torii S.、Kasahara Katsuaki、Suzuki T.、Sakurai Nobuyuki、Adriani Oscar、D’Alessandro R.、Bonechi Lorenzo、Berti Eugenio、Tricomi Alessia、GOTO Yuji、Park J.S.
  • 雑誌名: Proceeding of Science ICRC2017 (2018) 337 巻: 301 ページ: 337
  • DOI: 10.22323/1.301.0337
  • 国際共著
• [雑誌論文] Status of the LHCf experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: Menjo Hiroaki、Adriani Oscar、Berti Eugenio、Bonechi Lorenzo、Bongi Massimo、Castellini Guido、D'Alessandro R.、Haguenauer Maurice、Itow Yoshitaka、Kasahara Katsuaki、Masuda Kimiaki、Matsubara Yutaka、Muraki Yasushi、Papini P.、Ricciarini Sergio B.、Sako Takashi、et al.
  • 雑誌名: Proceeding of Science ICRC2017 (2018) 1099 巻: 301 ページ: 1099
  • DOI: 10.22323/1.301.1099
  • 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of forward photon production cross-section in proton?proton collisions ats=13TeVwith the LHCf detector (2018)
  • 著者名/発表者名: Adriani O.、Berti E.、Bonechi L.、Bongi M.、D'Alessandro R.、Haguenauer M.、Itow Y.、Iwata T.、Kasahara K.、Makino Y.、Masuda K.、Matsubayashi E.、Menjo H.、Muraki Y.、Papini P.、Ricciarini S.、Sako T.、Sakurai N.、Shinoda M.、Suzuki T.、Tamura T.、Tiberio A.、Torii S.、Tricomi A.、Turner W.C.、Ueno M.、Zhou Q.D.
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 780 ページ: 233～239
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2017.12.050
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] RHIC forward experiment to study √s dependence of forward particle production (2017)
  • 著者名/発表者名: Sako T.、Adriani O.、Bonechi L.、D'Alessandro R.、Goto Y.、Itow Y.、Kasahara K.、Kim M.、Makino Y.、Matsubayashi E.、Menjo H.、Nakagawa I.、Park J.、Sakurai N.、Sato K.、Seidl R.、Shinoda M.、Suzuki T.、Tanida K.、Torii S.、Tricomi A.、Ueno M.、Zhou Q.D.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 145 ページ: 10005～10005
  • DOI: 10.1051/epjconf/201614510005
  • 国際共著
• [雑誌論文] Results of the LHCf experiment and the forward measurements at the LHC (2017)
  • 著者名/発表者名: Sako T.、Adriani O.、Berti E.、Bonechi L.、Bongi M.、Castellini G.、D'Alessandro R.、Haguenauer M.、Itow Y.、Iwata T.、Kasahara K.、Masuda K.、Matsubayashi E.、Menjo H.、 et al.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 145 ページ: 09002～09002
  • DOI: 10.1051/epjconf/201614509002
  • 国際共著
• [雑誌論文] Recent Results from the LHCf Experiment (2017)
  • 著者名/発表者名: Menjo H.、Adriani O.、Berti E.、Bonechi L.、Bongi M.、Castellini G.、D’Alessandro R.、Del Prete M.、Haguenauer M.、Itow Y.、Kasahara K.、Kawade K.、Makino Y.、Masuda K.、Matsubayashi E.、Mitsuka G.、Muraki Y.、Papini P.、Perrot A.-L.、Pfeiffer D.、Ricciarini S.、Sako T. et al,
  • 雑誌名: JPS Conference Proceeding 15 (2017) 011001 巻: 15 ページ: 011001
  • DOI: 10.7566/JPSCP.15.011001
  • 国際共著
• [雑誌論文] Measurements of very forward particles production spectra at LHC: the LHCf experiment (2017)
  • 著者名/発表者名: Berti Eugenio、Adriani Oscar、Bonechi Lorenzo、Bongi Massimo、Castellini Guido、D’Alessandro Raffaello、Haguenauer Maurice、Itow Yoshitaka、Iwata Taiki、Kasahara Katsuaki、MAKINO Yuya、Masuda Kimiaki、Matsubayashi Eri、Menjo Hiroaki、Muraki Yasushi、Papini Paolo、Ricciarini Sergio、Sako Takashi、et al.
  • 雑誌名: Proceeding of Science LHCP2016 (2017) 195 巻: 276 ページ: 195
  • DOI: 10.22323/1.276.0195
  • 国際共著
• [雑誌論文] Performance study for the photon measurements of the upgraded LHCf calorimeters with Gd2SiO5(GSO) scintillators (2017)
  • 著者名/発表者名: Makino Y.、Tiberio A.、Adriani O.、Berti E.、Bonechi L.、Bongi M.、Caccia Z.、D'Alessandro R.、Prete M. Del、Detti S.、Haguenauer M.、Itow Y.、Iwata T.、Kasahara K.、Masuda K.、Matsubayashi E.、Menjo H.、Mitsuka G.、Muraki Y.、Papini P.、Ricciarini S.、Sako T.、et al.
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 12 ページ: P03023～P03023
  • DOI: 10.1088/1748-0221/12/03/P03023
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The performance for the TeV photon measurement of the LHCf upgraded detector using Gd2SiO5 (GSO) scintillators (2017)
  • 著者名/発表者名: Makino Y.、Adriani O.、Berti E.、Bonechi L.、Bongi M.、Castellini G.、D'Alessandro R.、Haguenauer M.、Itow Y.、Iwata T.、Kasahara K.、Masuda K.、Matsubayashi E.、Menjo H.、Muraki Y.、Papini P.、Ricciarini S.、Sako T.、Suzuki T.、Tamura T.、Tiberio A.、Torii S.、Tricomi A.、Turner W.C.、Ueno M.、Zhou Q.D.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 845 ページ: 490～493
  • DOI: 10.1016/j.nima.2016.04.074
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The LHCf experiment: Forward particles production spectra at LHC (2017)
  • 著者名/発表者名: E. Berti, O. Adriani, L. Bonechi, M. Bongi, G. Castellini, R. D'Alessandro, M. Haguenauer, Y. Itow, Y. Iwata, K. Kasahara, Y. Makino, K. Masuda, E. Matsubayashi, H. Menjo, Y. Muraki, P. Papini, S. Ricciarini, T. Sako, T. Suzuki, T. Tamura, A. Tiberio, S. Torii, A. Tricomi, W. C. Turner, M. Ueno, Q. D. Zhou
  • 雑誌名: Il Nuovo Cimento C 巻: 1 ページ: 17013
  • DOI: 10.1393/ncc/i2017-17013-x
  • 国際共著
• [学会発表] High energy hadron physics at zero-degree (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Menjo
  • 学会等名: The 4th KMI international Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Results and future prospects of LHCf and RHICf (2019)
  • 著者名/発表者名: 毛受弘彰
  • 学会等名: 第三回 空気シャワー観測による宇宙線の起源探索勉強会
• [学会発表] An idea for improvement of neutrino flux calculation (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Menjo
  • 学会等名: Workshop for Atmospheric Neutrino Production in the MeV to PeV range
  • 国際学会
• [学会発表] LHCf実験の陽子-酸素原子核衝突測定に向けた検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 毛受弘彰
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会
• [学会発表] Opening and goal of this workshop (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Itow
  • 学会等名: Workshop for Atmospheric Neutrino Production in the MeV to PeV range
  • 国際学会
• [学会発表] Recent results from the LHCf experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Menjo
  • 学会等名: Ultra High Energy Cosmic Rays 2018
  • 国際学会
• [学会発表] LHCf/RHICf: a zero degree calorimeter at LHC and RHIC (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Menju
  • 学会等名: International Workshop on Forward Physics and Forward Calorimeter Upgrade in ALICE
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] LHC forward experiment: LHCf (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Menjo
  • 学会等名: International school for Astroparticle physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] LHCf実験とRHICf実験におけるパイゼロ解析の進展状況 (2018)
  • 著者名/発表者名: 毛受弘彰
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] Opening Remark (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Itow
  • 学会等名: 20th International Symposium on Very High Energy Cosmic Ray Interactions
  • 国際学会
• [学会発表] Initial results from RHICf (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Itow
  • 学会等名: 8th International Conference on Quarks and Nuclear Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Recent results from LHCf and RHICf (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sako
  • 学会等名: 20th International Symposium on Very High Energy Cosmic Ray Interactions
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Status of the LHCf experiment (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Menjo
  • 学会等名: 35th International Cosmic-Ray Conference (ICRC2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] LHCにおける宇宙線相互作用検証実験 LHCf 全体報告(2017年春)および陽子－鉛衝突測定報告 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤好孝
  • 学会等名: 日本物理学会 2017 年秋季大会
• [学会発表] RHIC加速器における超前方粒子測定実験 RHICf －2017年データ取得－ (2017)
  • 著者名/発表者名: さこ隆志
  • 学会等名: 日本物理学会 2017 年秋季大会
• [学会発表] Status of the RHIC forward experiment (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sako
  • 学会等名: Workshop on forward physics and high-energy scattering at zero degrees 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] LHC Forward Experiment
  • URL: http://www.isee.nagoya-u.ac.jp/LHCf/
• [備考] Welcome to the LHCf - Florence web page
  • URL: http://hep.fi.infn.it/LHCf/index.html
• [備考] LHCf
  • URL: http://home.cern/about/experiments/lhcf
• [備考] LHCf/RHICf 実験
  • URL: http://www.isee.nagoya-u.ac.jp/CR/research/interactions/
• [備考] 参加プロジェクト 名古屋大学素粒子宇宙起源研究機構(KMI)
  • URL: http://www.kmi.nagoya-u.ac.jp/collaboration-projects/
• [学会・シンポジウム開催] 20th International Symposium on Very High Energy Cosmic Ray Interactions (2018)
• [学会・シンポジウム開催] Forward Physics and High Energy Scattering at Zero Degrees 2017 (2017)