2022 Fiscal Year Annual Research Report
Dark Matter Search with Electron-positiron Collider
| Project Area | What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter |
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| Project/Area Number |
20H05858
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
西田 昌平 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, 准教授 (20370075)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
LAI Yun・Tsung 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, 助教 (50873379)
角野 秀一 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (70376698)
原 康二 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 (90432236)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Keywords | ダークマター / 加速器 / コライダー / トリガー / アクシオン / 中間子 / 電子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、電子陽電子衝突型加速器SuperKEKBのBelle II 実験のデータを用いてダークマターの探索を行う。Belle II のトリガーはB中間子などのハドロンが生成される事象に最適化されており、ダークマター探索のためのトリガー改良を行っている。今後、加速器性能が向上してデータ収集性能が逼迫するようになると、ダークマター探索に有用なトガーを使えなくなる可能性ある。これまでに汎用トリガーボードUT4への置き換えを行い、より高度なトリガーアルゴリズムを実装可能になった。今年度、ドリフトチェンバー（トラッカー）からのトリガー情報としてチェンバーのアナログ情報（パルス高の情報）を後段に送り、これを用いて偽のトラックを取り除くロジックを開発した。これによりトラックトリガーのレートを30%低下させることができるとのシミュレーション結果が出ており、加速器性能向上時のトリガーレート削減とダークマター用トリガーの維持が可能になる。
ダークマター探索の物理解析としては、Belle実験のデータを用いたダークゲージボゾンZ’の探索を終状態がinvisibleな粒子の場合に拡張する研究を行っている。この解析はBelle IIですでに結果が得られたものであるが、それを追試し感度を向上させることを目指している。シミュレーションと一部の実データを用いて解析の最適化を行った。B中間子の崩壊を用いた重いQCDアクシオン探索は引き続きすすめており、コントロールサンプルを用いた解析手法の検証を行っている。また、Belle実験データを用いたD*の崩壊におけるダークフォトンの探索を開始した。この他、Belle II実験のダークマター探索に関する解析を協力して進めた。
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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
トリガーの研究は、2023年末からのBelle IIのデータ収集再開の前に、トリガーボードUT4への置き換えとトリガーロジック開発を行うことがで、最低限の目標を達成したと考える。物理解析は、重いQCDアクシオン探索の進捗がやや遅れている。また、単光子イベントを用いたダークフォトンの解析は、ビームバックグラウンドが当初の見込みよりも大きかったこともあり、まだ時間がかかる。しかし、並行して様々なダークマター探索モードの解析なども行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
Belle IIデータを用いたQCDアクシオンの探索の解析、および、BelleにおけるダークゲージボゾンZ’の探索で終状態がinvisibleなものの解析について、結果を得て完了させたい。また、D* の崩壊におけるダークフォトンの探索を進める。この他のBelle IIのダークマター探索の解析にも取り組む。トリガーについては引き続き開発を継続する。また、2023年末から加速器の運転が再開されるので、開発したトリガーロジックの評価を開始する。
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