様式
平成１９年度重点研究チーム年次報告書
１．研究チーム概要 研 究 チ ー ム の 名 称 最先端加速器で探る素粒子と時空の物理研究 研究代表者 部局・専攻・氏名 理学研究科・物理学専攻・川越清以 指 導 学 生 数 博士２人，修士１５人，その他（ポスドク研究員） ５人 外 部 資 金 獲 得 実 績 科学研究費補助金 44,900 千円，受託研究経費 2,375 千円， 奨学寄附金 1,200 千円 当 該 年 度 特許出願件数 ０件 ２．構成員 氏 名 部局・専攻川越清以
理学研究科・物理学専攻
武田廣
理学研究科・物理学専攻
原俊雄
理学研究科・物理学専攻
藏重久弥
理学研究科・物理学専攻
山崎祐司
理学研究科・物理学専攻
鈴木州
理学研究科・物理学専攻
越智敦彦
理学研究科・物理学専攻
松下崇
自然科学系先端融合研究環・重点研究部
３．研究成果の概要等について ATLAS実験 本研究室は欧州原子核研究機構（CERN）で建設中の世界最高エネルギーのハドロン衝突型加速 器 LHC における陽子陽子衝突実験アトラスに参加し、2008 年の実験開始に向けて測定器の製作と 物理研究を進めている。アトラス実験では質量の起源と考えられているヒッグス粒子や宇宙のダ ークマターの有力候補である超対称性粒子の発見な ど、ノーベル賞級の発見が期待されている。 1. 神戸大学はアトラス測定器の中で、前後方ミュー オントリガーシステムを担当している。開発研究 の期間を含めて 15 年以上の年月をかけた巨大な システムが完成し、CERN の地下実験室でアトラス 検出器に組み込まれた（2007 年 9 月、右写真）。 2. 神 戸 大 学 は ミ ュ ー オ ン ト リ ガ ー シ ス テ ム の Sector Logic 回路の設計・開発も担当している。 2008 度は、Sector Logic の量産・動作試験を行 い、1 月末までに全台数をアトラスのカウンティ ングルームに設置した。 3. 一方、シミュレーションを用いたミューオントリ ガーシステムの研究も行っている。レベル１トリ ガーのコインシデンス・ウィンドウの決定、トリガー効率・トリガーレートの推定、コミッ ショニング時の宇宙線トリガーの研究、実験開始後のトリガー効率決定法の研究など、実験 準備を進めている。 4. 神戸大学グループは現在超対称性(SUSY)に的を絞って物理研究を進めており、今年度は超対 称性粒子の質量が縮退している場合の発見可能性と超対称性モデルの識別法について、シミ ュレーションによる検討を行った。 リニアコライダー実験計画 次 世 代 の 加 速 器 ・ 電 子 陽 電 子 リ ニ ア コ ラ イ ダ ー （ILC=International linear collider）の実現に向け た研究活動を行っている。神戸大学では高性能カロリ メータの開発研究とシミュレーションによる物理研究 を国際的な環境で行っている。
1. Particle Flow Algorithm に最適化したカロリメー タのデザインと新しい解析アルゴリズムの開発。 2. 新型半導体光検出器(MPPC)とその読み出しのため の電流積分器の開発研究。 3. 新しい KEK テストビームライン(FTBL)でのシンチ レータストリップのビームテスト（11 月、右写真）。 4. 国際集会の開催：CALICE ミーティング（5 月）・新 型光検出器研究会 PD07（6 月）。
ニュートリノ実験 謎の素粒子ニュートリノに関する実験的研究と、将来実験のための測定器開発を行っている。 1. 2009 年の実験開始を目指す東海-神岡間長基線ニュートリノ振動実験(T2K)は、茨城県東海村 に建設中の J-PARC の 50GeV 大強度陽子加速器を用いて大強度ニュートリノビームを作り、 295km 離れたスーパーカミオカンデに打ち込む次期ニュートリノ実験であり、ニュートリノ振 動の混合角θ13の測定とニュートリノにおける CP 対称性(物質と反物質の対称性)の破れの観 測を主目的としている。することである。指し、神戸大学グループは、特に、東海村に設置 する前置検出器に用いられるプラスチックシンチレータのテスト測定等と、CERN で使用され ていた電磁石（ヨーク）の移設準備に携わっている。 2. 原子炉ニュートリノ振動実験 (Double Chooz)は、３種類のニュートリノの混合角のうち、未 測定のθ13を測定するために、フランスの Chooz 原子力発電所から大量に飛んでくる反電子ニ ュートリノを、その敷地内の地下に設置した検出器（原子炉から 300m と 1050m の２カ所）で 観測する。主な検出器はＧｄ（ガドリニウム）を含む液体シンチレータであり、神戸大学で は、「液体シンチレータの経年変化加速テスト」および「液体シンチレータ中の光の減衰長測 定」を行った。更に、ガンマ線由来の光信号と中性子由来の光信号を、その波形から弁別す る方法の開発も行っている。3 月に、神戸大学で Double Chooz International Collaboration Meeting を開催した。 3. EBCCD（Electron Bomberded CCD）は、光電面から放出した電子を高電圧で加速して CCD に打 ち込むことで増倍ゲインを得る光検出器であり、次世代高感度光検出器として期待されてい る。浜松ホトニクスと共同開発研究を行っている本 EBCCD の光電面直径は 10cm で、これまで のものの 2 倍以上である。これにより、1 台でより多チャンネル、または、大面積を読み出す ことができる。2007 年度は、まずこの EBCCD の動作確認や基本的性能の測定を行い、秋の日 本物理学会で発表した。
μ-PIC の開発研究 三次元電極構造型μ-PIC 検出器の動作検証を 中心とした研究を行っている。この検出器は、従 来のμ-PIC にマイクロメッシュを組み合わせる ことで、高いガス増幅率を安定に実現しようとす るものである（右図）。従来型のμ-PIC では、安 定動作の限界となるガス増幅率は 104程度であっ たが、マイクロメッシュを組み合わせることで、 5x104以上の増幅率を実現した。また、この検出 器は TPC 読み出しにおいて性能に大きな影響を及ぼす陽イオンフィードバックを大幅に抑制する ことが期待できるものと考え、これを実証するためのシミュレーションスタディーとイオン電流 の実測を行った。この結果、陽イオンフィードバック率を１％以下に抑えられる条件などを見つ けることができた。これは従来のμ-PIC 単体の場合に比べ、30 倍以上の特性改善である。 BESS 実験 BESS は、気球搭載型伝導スペクトロ メータによる宇宙線観測実験であり、 2007 年 12 月に南極で BESS-Polar II 実 験を行った（右写真）。神戸大学のメン バーは、PMT 用気密容器、ソーラーパネ ル、モニター・通信システム、DAQ シス テム、各検出器のキャリブレーション などを行った。12 月 23 日から 24.5 日 間にわたる長期間の観測で約 46 億もの 宇宙線事象の取得に成功した。2007 年 は「太陽活動の極小期」であり、「極地における長時間観測」、「高性能な大面積立体角測定器」 という条件と合わせ、これまでで最も感度の高い観測実験となった。
４．論文・著書
[論文]
“The ATLAS Level-1 Trigger: Status of the System and First Results from Cosmic-Ray Data,” G. Aielli et al.,
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A582(2007) 476-481
“Development and study of the multi pixel photon counter,” S. Gomi et al.,
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A581, 427 (2007).
“Measurement of the eeÆWW cross section and W decay branching fractions at LEP”, G. Abbiendi et al., [OPAL Collaboration],
Eur. Phys. J. C52, 767 (2007).
“Bose-Einstein study of position-momentum correlations of charged pions in hadronic Z decays,”
G. Abbiendi et al., [OPAL Collaboration], Eur. Phys. J. C52, 787 (2007).
“Inclusive Jet Production in Photon-Photon Collisions at from 189 to 209 GeV,” G. Abbiendi et al., [OPAL Collaboration],
Phys. Lett. B658, 185 (2008).
“Search for Supernova Neutrino Bursts at Super-Kamiokande”, M. Ikeda et al., [Super-Kamiokande Collaboration],
Astrophys. J. 669 (2007) 519-524.
“Observation of the anisotropy of 10-TeV primary cosmic ray nuclei flux with the Super-Kamiokande-I detector”,
G. Guillian et al., [Super-Kamiokande Collaboration], Phys. Rev. D75 (2007) 062003
“Charged Particle Multiplicities in Charged-Current Neutrino and Anti-Neutrino Nucleus Interactions”,
A. Kayis-Topaksu et al., [CHORUS Collaboration] Eur. Phys. J.C 51:775-785, 2007.
“Associated Charm Production in Neutrino-Nucleus Interactions”, A. Kayis-Topaksu et al., [CHORUS Collaboration]
“Momentum measurement of secondary particle by multiple Coulomb scattering with emulsion cloud chamber in DONuT experiment”,
K. Kodama et al., [DONuT Collaboration], Nucl. Instrum. Meth. A574:192-198, 2007.
“BESS-Polar experiment: Progress and future prospects”, K. Yoshimura, K. Abe, H. Fuke, S. Haino, T. Hams, M. Hasegawa,
A. Horikoshi, K.C. Kim, T. Kumazawa, A. Kusumoto, M.-H. Lee, Y. Makida, S. Matsuda, Y. Matsukawa, J.W. Mitchell, A.A. Moiseev, J. Nishimura, M. Nozaki, R. Orito, J.F. Ormes, et al.
Advances in Space Research, In Press, Corrected Proof, Available online 24 May 2007.
“The BESS Program”, A. Yamamoto et al.,
Nuclear Physics B - Proceedings Supplements, Volume 166, April 2007, Pages 62-67.
“Search for antihelium: Progress with BESS”, M. Sasaki et al.,
Advances in Space Research, In Press, Corrected Proof, Available online, f20 September 2007.
５．関 連 活 動 及 び 特 記 事 項 （ １ ） 学 位 （ 博 士 ） ０ 名 （ 修 士 ） ６ 名 （ ２ ） 受 賞 な し （ ３ ） そ の 他
国際会議・国際研究会の開催
○ 国際会議名： International Workshop on New Photon Detectors (PD07) 主催 ： 神戸大学・高エネルギー加速器研究機構
開 催 日 ・ 場 所 ： 2007.06.27-29、 神 戸 大 学 理 学 研 究 科 ○ 国際研究会名： CALICE Collaboration Meeting (CALICE07) 主催 ： 神戸大学
開 催 日 ・ 場 所 ： 2007.05.10-12、 神 戸 大 学 理 学 研 究 科 ○ 国際研究会名： Double Chooz Collaboration Meeting 主催 ： 神戸大学
開催日・場所：2008.03.3-5、神戸大学六甲ホール
国際学会講演
○ Focus week: Facing LHC data, December 2007, IPMU, Kashiwa.
S. Okada, “Discovery potential of supersymmetry with degenerate mass spectra with the ATLAS detector at the LHC,"
○ FJPPL workshop, May 2007, KEK, Tsukuba.
K. Kawagoe, “A common R&D on the new generation detector for the ILC” ○ LCWS07, June 2007, DESY, Hamburg.
K. Kawagoe, “Overview on test beam facilities” D. Jeans, “Scintillator+MPPC ECAL testbeam results”
D. Jeans, “π0 reconstruction and strip calorimeter clustering with the GLD detector”
○ ILD Workshop, January 2008, DESY, Zeuthen
D. Jeans, “Particle flow in a strip calorimeter”
S. Uozumi, “Preparation for jet analysis of Jupitoer data using MarlinReco/PandraPFA” ○ TILC08, March 2008, Sendai
D. Jeans, “Results of the scintillator ECAL beam test at DESY” D. Jeans, “PFA in a strip calorimeter”
D. Jeans, “Measurement of $g(HHH)$: generator level and first quicksim studies” S. Uozumi, “Preparation for jet analysis of Jupitoer data using MarlinReco/PandraPFA”
S. Uozumi, “Report on $ttH$ analysis”
S. Uozumi, “Calorimeter/muon summary” (a plenary talk).
○ CALICE Collaboration meeting,March 2008, Argonne National Laboratory, IL, USA. S. Uozumi, “Scintillator-ECAL beam tests”
S. Uozumi, “MPPC radiation hardness”
国内学会講演
○ 日本物理学会年次大会、2007 年 9 月(北海道大）
岡 田 勝 吾：“ATLAS 実験における、超対称性粒子の質量が縮退したモデルと mSUGRA モデルとの間 のパラメータの対応関係について”
D. Jeans: “Results of the GLD electromagnetic calorimeter beam test at DESY part II” 越智敦彦：“ATLAS TGC システムのインストレーション報告”
新保直樹：“ATLAS 実験における LVL1 Muon Trigger System のコミッショニング” 大町千尋：“ATLAS 実験におけるレベル２ミューオントリガーの開発及び性能評価” 鈴木州：“大口径 EBCCD の開発研究”
○ 日本物理学会秋季分科会、2008 年 3 月(近畿大）
中塚洋輝：“ATLAS 前後方ミューオン・トリガー・セクター・ロジックの宇宙線を用いた動作検証 ”
早川俊：“ATLAS Muon LVL1 Trigger における Sector Logic の実装” 堀卓也：“ATLAS TGC トリガーのシミュレーションによる性能評価”
喜家村裕宣：“ATLAS 実験における J/Ψ→μμ過程を用いた di-muon trigger efficiency の測定 方法の開発及び評価” 大町千尋：“ATLAS レベル２ミューオントリガーにおける放射線バックグラウンド抑制の研究” 原俊雄：“Double Chooz 実験における光電子増倍管のテスト” 小林正治：“メッシュμ-PIC の安定動作と最適化に向けた研究” ○ KEK 測定器開発室報告会 07、2007 年 4 月(KEK） 佐野恵理：“QVC ASIC” ○ 神戸大学新技術説明会、2008 年 10 月(東京・JST ホール) 越智敦彦：“高信号出力で安定に動作するガス放射線画像検出器” ○ 第４回マイクロパターンガス検出器研究会、2008 年 12 月(大阪市大) 小林正治：“マイクロメッシュを用いた高増幅率μ-PICの開発”
