2016 Fiscal Year Annual Research Report
New heavy particle search using the LHC accelerator
| Project Area | New expansion of particle physics of post-Higgs era by LHC revealing the vacuum and space-time structure |
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| Project/Area Number |
16H06494
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
石野 雅也 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 教授 (30334238)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寄田 浩平 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (60530590)
南條 創 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (40419445)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 新重粒子探索 / テラスケール / 統合型トリガー / 飛跡トリガー / ジェット解析 / レプトン解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
LHC加速器の陽子・陽子衝突エネルギーが8TeVから13TeVにあがった直後の初期データ 3.2 /pb を使って未知重粒子の探索をおこなった。次の２種類の崩壊様式に着目して解析を進めた。１つは新粒子が２つのレプトンに崩壊するケースであり、もう１つは、２つのウィークボソンに崩壊するケースである。
スピン１のZ' 粒子が未知の粒子であり、それが２つの逆符号レプトンへ崩壊することを想定した解析の結果、その様な新粒子が存在するならば 2.74TeVよりも重く、更にデータを蓄積して稀におこる事象を実験的に捉えるべくデータ取得を続ける必要があることがわかった（ Phys. Lett. B 761 372）。また新粒子が２つのウィークボソン（WW, WZ, ZZ）に崩壊するケースでは、崩壊の終状態にレプトンが２本、１本、あるいは０本含まれる場合のすべて網羅した解析を行った。すべての結果を総合した結果、その様に崩壊する新粒子が存在するならば 2.6TeVよりも重く、こちらも更にデータを蓄積して探索を進める必要があることがわかった（JHEP09 (2016) 173 ）。どちらのチャンネルについても、過去の実験結果の探索限界を大きく押し広げる結果を得ている。
また、この他にもいくつかの有望と思われる新粒子探索をおこなっており、Vector型トップ・クォークの探索、もう１つが２本のタウ粒子に崩壊する未知重粒子の探索である。どちらも新粒子の発見には至らなかったが、過去に探索済みの質量領域を遥かに凌駕する結果を得ている。
粒子の飛跡情報を使った検出器統合型トリガーの開発においては、リアルタイムで飛跡再構成をおこなうシステムのプロトタイプを作成し、実際に事象の取捨選択はおこなわないモニターモードでの運用をしながら、システム開発を進めている。その開発の様子を国内外の学会で発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
現在までに取得した陽子・陽子衝突データを使った新重粒子探索を推進してきた。即座に結果を出せるタイプの崩壊モード（電子対への崩壊・ミューオン対への崩壊、ならびに、ウィークボソン対に崩壊した後、レプトンを２本、１本、あるいは０本含む崩壊）にフォーカスして研究を進めた。これらの崩壊モードについては、現在までの統計で新粒子発見の兆候が得られなかったので、その結果に基づいて今から取得するデータを追加して、更に高統計を使った新粒子探索を進めつつある。
今後、新粒子の探索領域を押し広げていくためには、2TeVよりも高い質量領域よりも高いところを狙っていく必要がある。この場合、重粒子からの崩壊粒子が強くブーストされて、例えばウィークボソンの場合、それらが崩壊して出現する２本のジェットは独立なオブジェクトとして観測されず、１つの大きなオブジェクトとして観測されやすくなる。この新しく出現するオブジェクトの傾向に対応するため、現在新たなツールの開発を進めている。
飛跡トリガーハードウエアの開発については、本研究課題で開発する大規模システムのプロトタイプとなるトリガー回路を作成し、現在取得中のデータを受けながら実戦的なコミッショニングをおこなった。この飛跡トリガーシステムは５段の論理処理回路モジュールから構成されるが、今年度は初段回路のファームウエア改良・デバッグ、コミッショニングをおこなった。この飛跡トリガーシステムにとって入力情報となるデータを供給するシリコンセンサーのデータ読み出しは、元来トリガーでの使用を目的としてデザインされていない。このため、データ転送タイミングのばらつきや、データ型が異なる場合の例外処理が不十分で、こちらの受けて側ですべての例外処理をおこなう必要があり、この点の開発に想定以上の時間がかかったが、安定した運用が可能な段階に到達した。
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| Strategy for Future Research Activity |
新重粒子探索については、取得中のデータをタイムリーに追加し続けて、一刻も早く新粒子発見の兆候を捉える。H28年度に論文として発表したレプトン対崩壊、ウィークボソン対崩壊モードを使った探索を続けながら、他の崩壊モード、例えばトップ・クォーク対への崩壊等にも、その解析対象を広げていく。
探索質量領域が2TeV以上と高い領域に入りつつあるため、ブーストジェットのより良い取扱いが今後の解析性能を向上させるためのキーポイントとなる。このことを念頭に、ツールの開発を重点的にすすめていく。
飛跡トリガーの開発においては、入力部分での例外処理を完全なものにすること、その上で、長時間の安定動作が常に可能な状態にシステムを完成させ、トラック発見性能の向上、運動量分解能の向上等、質的な向上を図っていく。また、それに基づき、次世代飛跡トリガーのデザインの考察を進めていく。
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