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˙ 談話室‫঺ڀݚ‬հ■ࢀՃใࠂCERN Summer Student Programme 2014 参加報告
東京大学大学院理学系研究科‫౎ژ‬େֶ ཧֶ‫ڀݚ‬Պ加納勇也
ᖊᏵbansei0526@scphys.kyoto-u.ac.jp
ykano@icepp.s.u-tokyo.ac.jp
೥ (平成ฏ੒ 26 年೥) 9 月
݄ 26 日೔2014 年

͸͡Ίʹ
はじめに

1

私はこの夏の月 23 日から2014 ೥ 6 ݄ 306೔͔Β
9 ݄ 5 ೔·Ͱɼ
CERN Ͱ։࠵͞
8 月 29 日までの10 週間,に参加しました。
Εͨ SummerStudentProgramme
2014ʹࢀՃ͖ͯ͠CERN
SummerStudentProgramme
このプログラムは·ͨ͠ɻ10 िؒͷϓϩάϥϜͷؒɼ‫ڀݚ‬΍·ΘΓͷਓʑ, スイスはジュネーブ近郊に位置する欧州原子核研究機構) において毎夏行われている͔Β୔ࢁͷ͜ͱΛֶͼ·ͨ͠ɻ͜ͷ৔Λ͓आΓͯ͠ɼࢲ
CERN(ものでͷ CERNͰͷ࢓ࣄɼϓϩάϥϜͷ಺༰ɼੜ‫͍ͯͭʹ׆‬, 世界中から物理学・工学・情報工学などを専攻するシンプルなモデルの MC シミュレーションデータをもとに, 現在 ATLAS で解析に用いられている meﬀ とmissET/meﬀ の二つの運動学的変数のほかに, αT と razor
変数についてそれぞれの変数の相関を調べ, 積分ルミノ!
シティ L dt = 3 fb−1 における exclusion limit を推定しました。

するͷใࠂΛ͍͖ͤͯͨͩ͞·͢ɻ
200 名以上の学生が集まり, 2ヶ月以上にわたってCERN での研究に携わります。私は日本からこのプログラムに参加する学生五人のうちの一人として参加し,‫ڀݚ‬, CERN の研62週間にわたって開講される講義に参加し究者の指導の下で研究を行いました。

2.1‫಺ڀݚ‬༰

ຊϓϩάϥϜͰࢲ͕୲౰ͨ͠ͷ͸ɼCMS detect ࣮‫ݧ‬2活動内容ͷϛϡʔΦϯ‫ݕ‬ग़‫ث‬ώοτ͔ΒϛϡʔΦϯީิࣄ৅Λந√ग़͢ΔΞϧΰϦζϜΛվྑ͢Δ͜ͱͰ͢ɻ͜Ε͸ϛϡʔs =13 TeV における 0-lepton モードΦϯͷඈ੻࠶ߏ੒ͷͨΊʹ͸͔ܽͤͳ͍࡞‫Ͱۀ‬ɼ͜͜
での超対称性粒子の探索感度の推定Ͱநग़ɼબผ͞ΕͨϛϡʔΦϯީิࣄ৅Λ‫ʹݩ‬ϛϡʔΦ2.1ϯͷඈ੻࠶ߏ੒ɼ͓Αͼ෺ཧղੳ͕ߦΘΕ·͢ɻ‫ߦݱ‬ͷ
ボーズ粒子とフェルミ粒子とを交換する基本的な対称ΞϧΰϦζϜͰ͸र͏͜ͱͷͰ͖ͳ͍Α͏ͳϛϡʔΦϯ
性を超対称性と呼び, 超対称性の存在は繰り込み理論にީิࣄ৅΋બग़Ͱ͖Δ͜ͱΛ໨ඪʹ‫ڀݚ‬ΛਐΊ͖ͯ·おける階層性問題の解決策になると考えられています。
ͨ͠ɻ
超対称性粒子は現時点で観測されておらず, LHC の AT-LAS 実験では超対称性粒子の探索が続けられています。
超対称性粒子の崩壊モードのうち, 崩壊生成物に電子と2.2CMS ‫ݕ‬ग़‫[ ث‬1]µ 粒子を含まない崩壊モードは 0-lepton モードと呼ばれ,CMS
このモードではと gluinoが lightest super‫ݕ‬ग़‫ث‬͸ Higgsཻࢠ΍SM Λ௒͑Δ෺ཧͷ୳ࡧsquarkHadronΛओͳ໨తͱͯ͠‫ݐ‬ઃ͞Εɼ‫ࡏݱ‬6 本の hadron
jet にsymmetricparticle (LSP) χ̃01 と 2～LHC(Large
崩壊しますが1ʹCollider) ʹઃஔ͞Ε͍ͯΔ൚༻ཻࢠ‫ݕ‬ग़‫͢Ͱث‬ɻਤ, χ̃01 は測定器に信号を残さないため, 大きmissなCMS‫ݕ‬ग़‫ث‬ͷ֓ཁਤΛࡌͤ·ͨ͠ɻ͜ΕΒͷਤ͔Β΋
missingtransverse energy (ET ) が生じることが予想されます。
Θ͔ΔΑ͏ʹɼCMS ‫ݕ‬ग़‫ث‬͸ෳ਺ͷ෦෼͔Βߏ੒͞Ε√͓ͯΓɼͦΕͧΕͷύʔτ͕ಛఆͷཻࢠΛ‫ݕ‬ग़͢Δͷʹ
LHC では 2015 年に重心系衝突エネルギーを s =2.1.1

Razor 変数

Razor 変数は事象選別に用いられる運動学的変数で,
ਤ 1: CMS ‫ݕ‬ग़‫ث‬
主に QCD 背景事象の排除に用いられます。
Razor 変数は以下のように定義されます:"(q10 q2z − q20 q1z )2(1)
MR = 2(q1z − q2z )2 − (q10 − q20 )2MTR =#1 ⃗ miss1 ⃗ miss|E|(|⃗q1T | + |⃗q2T |) − E· (⃗q1T + ⃗q2T )2 T
2 T(2)
MTR(3)
R=MR

ここで q1 と q2 は二つの megajet の 4 元運動量を表し
ਤ 2: ‫ݕ‬ग़‫ث‬ͷͦΕͧΕͷύʔτཻ͕ࢠΛ‫ݕ‬ग़͍ͯ͠Δます。
megajet は各イベントごとに定義され, イベント
֓ཁਤの終状態に存在する全てのhadron jet を同等のエネルギースケールを持つ二つのグループに分けたときに, それぞれのグループに含まれる hadron jet のベクトル和として求められます。この解析では (q1 )2 + (q2 )2 が最小となるように megajet を定めました。
図 1 に MR と R の相関が示されています。MR と Rは負の相関を持ち, 双曲線のような分布を持つことがわかります。

ಛԽͨ͠ߏ଄ʹͳ͍ͬͯ·͢ɻਤ2 ʹ֤ύʔτ͕ɼͦΕAT13
TeV に向上することが計画されています。私はグループに所属し, MC シミュレーションを用いてͧΕͲͷΑ͏ͳཻࢠΛͲͷΑ͏ʹ‫ݕ‬ग़͢Δͷ͔ͱ͍͏֓LAS√
重心系エネルギーཁਤ͕ࣔ͞Ε͍ͯ·͢ɻs =13 TeV における 0-lepton モードでの超対称性粒子の探索感度を推定する解析を行いました。g̃g̃ ペアが生成されて g̃ → q q̄ χ̃01 によって直接崩壊

ਤ 3: ϛϡʔΦϯγεςϜͷ֓ཁਤ

22252.3

ϛϡʔΦϯγεςϜCMS ‫ݕ‬ग़‫ث‬ͷ֤ύʔτͷ͏ͪɼҰ൪֎ଆʹҐஔͯ͠
͍Δ‫ݕ‬ग़‫͕ث‬ϛϡʔΦϯ‫ݕ‬ग़‫͢Ͱث‬ɻ͜Ε͸ 3 ͭͷҟͳΔλΠϓͷ‫ݕ‬ग़‫͔ث‬Βߏ੒͞Ε͓ͯΓɼόϨϧ෦ʹ͸Drift Tube chambers(DTs) ͕ɼΤϯυΩϟοϓ෦ʹ͸Cathode Strip Chambers(CSCs) ͕ɼͦΕͧΕ 4 ૚ͷߏ଄Ͱઃஔ͞Ε͍ͯ·͢ɻ͜ΕΒ͸ϛϡʔΦϯͷώοτ࠲ඪ͓Αͼͦͷํ޲ͷ৘ใΛ༩͑ͯ͘Ε·͢ɻ·ͨɼ྆෦෼ʹ Resistive Plate Chambers(RPCs) ͕ઃஔ͞Ε͍ͯ·͢ɻRPCs ͸ඇৗʹૣ͍࣌ؒԠ౴͕ಛ௃ͰɼTrigger γεςϜͳͲʹ༻͍ΒΕ͍ͯ·͢ɻਤ 3 ʹϛϡʔΦϯγεςϜͷ֓ཁਤΛࣔ͠·͢ɻ

2.4ϯͱࢥΘΕΔީิ (segment ͕Ұ௚ઢঢ়ʹฒΜͩީิ)Λબผ͢Δ͜ͱ͕Ͱ͖ΔΑ͏ͳΞϧΰϦζϜΛ࣍ͷΑ͏ͳखॱͰ࡞੒͠·ͨ͠ɻ·ͣ͸ͦΕͧΕͷ segments
Λ DTs ·ͨ͸ CSCs ͷώοτͨ͠εςʔγϣϯผʹ෼ྨ͠·͢ɻ࣍ʹɼεςʔγϣϯ 1 ʹೖ͍ͬͯΔͦΕͧΕͷ segments ͔ΒਤͷΑ͏ʹԁਲ਼‫ܗ‬ͷ”αʔνϥΠτ”Λग़ͯ͠ɼεςʔγϣϯ 2 ʹ෼ྨ͞Εͨ segments ͷதʹ”αʔνϥΠτ”ͰরΒ͞ΕΔΑ͏ͳ segment ͕͋Δ͔Ͳ͏͔ΛνΣοΫ͠·͢ɻ΋͠‫͔ͨͬͭݟ‬৔߹ɼ͞Βʹ

segment2 ͔Β”αʔνϥΠτ”Λग़ͯ͠ɼࠓ౓͸εςʔ
γϣϯ 3 ͷ segments Λ୳͍͖ͯ͠·͢ɻ͜ͷΑ͏ʹͯ͠ൃ‫͞ݟ‬Εͨ segments ͸͓͓ΑͦҰ௚ઢʹฒΜͰ͍Δsegments Ͱ͋ΔͱΈͳ͞ΕɼϛϡʔΦϯީิࣄ৅ͱͳ
Γ·͢ɻਤ 4 ͱਤ 5 ʹ֓ཁਤΛࣔ͠·͢ɻ༷ʑͳঢ়‫گ‬ΛϛϡʔΦϯඈ੻࠶ߏ੒ϛϡʔΦϯͷඈ੻࠶ߏ੒͸ҎԼͷ༷ͳखॱͰߦΘΕΔɻ(1) ͸͡ΊʹɼCSCsɼDTsɼRPCs ʹώοτ͕͋ΔͱͦΕͧΕͷ‫ݕ‬ग़‫Ͱ಺ث‬ඈ੻ͷ࠶ߏ੒͕ߦΘΕ·͢ɻ͜ͷஈ֊ͷඈ੻࠶ߏ੒Λ local reconstruction ͱ‫ͼݺ‬ɼ͜ΕʹΑͬͯ࠶ߏ੒͞ΕͨώοτΛ segment ͱ‫͢·ͼݺ‬ɻ(2) ࣍ʹɼDT ͱ CSC ʹ͓͚Δશͯͷ segments ͷத͔ΒɼҰ௚ઢʹ͍ۙඈ੻ͰฒΜͰ͍Δ segments Λ୳͠ग़͠·͢ɻ(3) ͜ΕΒͷϛϡʔΦϯީิࣄ৅͔Βɼ࠶ߏ੒ΞϧΰϦζ

ਤ 4: Search lightਤ 5: Search lightϜʹΑͬͯϛϡʔΦϯγεςϜ಺Ͱͷඈ੻͕࠶ߏ੒͞Ε·͢ɻ͜ͷஈ֊ͷඈ੻࠶ߏ੒Λ standalone reconstruct૝ఆͯ͠ɼ station 1→station 2→station 3→station 4ͱ‫ͼݺ‬ɼ͜ΕʹΑͬͯ࠶ߏ੒͞ΕͨϛϡʔΦϯΛ stan-ͱ͍͏ॱ൪͚ͩͰͳ͘ɼ station 1→station 2→station

dalone muon ͱ‫͢·ͼݺ‬ɻ(4) ࠷‫ʹޙ‬ɼstandalone muon ͷඈ੻ͱ಺෦ͷ Tracker

4ɼstation 1→station 3→station 4ɼstation 2→stationʹΑͬͯൃ‫͞ݟ‬ΕͨϛϡʔΦϯͷඈ੻ͱͰϚονϯά͢3→station 4ɼstation 1→station 4ɼstation 2→station4ɼstation 3→station 4 ͱ͍͏ॱ൪Ͱ΋ϛϡʔΦϯީิΔ΋ͷΛ୳͠ग़͠·͢ɻ͜Εʹ౰ͯ͸·Δ΋ͷ͕͋ͬͨࣄ৅Λ୳ࡧ͠·ͨ͠ɻ·ͨɼഎ‫ࣄܠ‬৅ΛऔΓআͨ͘Ίɼ৔߹ɼͦΕΛ΋ͬͯϛϡʔΦϯީิͱ͠ɼCMS ‫ݕ‬ग़‫ث‬֤ segment ಉ࢜ͷ֯౓ʹ΋੍‫ݶ‬ΛՃ͑·ͨ͠ɻ(ਤ 6 ࢀશମͰͷϛϡʔΦϯͷඈ੻࠶ߏ੒͕‫͢·ྃ͠׬‬ɻ͜ͷஈর) ͨͩ͠ɼεςʔγϣϯ 4 ͷ segment ʹ͍ͭͯ͸ํ޲֊ͷ࠶ߏ੒Λ global reconstruction ͱ‫ͼݺ‬ɼ͜ͷϛϡʔͷ৘ใΛ࣋ͨͳ͍ͨΊɼ͜ͷ੍‫ݶ‬͸Ճ͍͑ͯ·ͤΜɻΦϯΛ global muon ͱ‫͢·ͼݺ‬ɻɹ͜ΕΒͷखॱʹΑͬͯ࠶ߏ੒͞ΕͨϛϡʔΦϯ͸ɼ

CMS ࣮‫Ͱݧ‬ͷ༷ʑͳղੳʹ༻͍ΒΕ͍ͯ·͢ɻͦͯ͠ࢲ͕ࠓճͷϓϩάϥϜͰ‫ܞ‬Θͬͨͷ͸ (2) ͷεςοϓͰ͢ɻ

2.5ΞϧΰϦζϜ࡞੒ࠓճͷΞϧΰϦζϜ࡞੒ʹ͋ͨͬͯɼ2 ϛϡʔΦϯΠϕϯτͷγϛϡϨʔγϣϯσʔλΛ༻͍·ͨ͠ɻ5 GeV
ͷ௿ pT Πϕϯτ͕ 393 ΠϕϯτͱɼϛϡʔΦϯͷੜ੒఺͕ϏʔϜ͔࣠Β཭Ε͍ͯΔΠϕϯτ (displaced event)Λ 346 Πϕϯτ༻͍·ͨ͠ɻ͜ΕΒͷγϛϡϨʔγϣϯσʔλͷϛϡʔΦϯώοτ (segments) ͔ΒɼϛϡʔΦਤ 6: segments ಉ࢜ͷ֯౓ɹ”αʔνϥΠτ”ԁਲ਼ͷ֯౓ θ ͱ segments ಉ࢜ͷ֯౓

3226φ ͷ࠷େ֯ʹ͍ͭͯ͸ɼγϛϡϨʔγϣϯσʔλΛ༻͍ͯɼεςʔγϣϯຖʹ θ ͱ φ ͷώετάϥϜΛੜ੒͠ɼͦΕΛ‫ʹݩ‬ϛϡʔΦϯΛ 99% બผ͢Δ͜ͱ͕Ͱ͖ΔΑ
͏ͳ֯౓ θ ͱ φ Λબͼ·ͨ͠ɻ(θ ͱ φ ͷఆٛʹ͍ͭͯ͸ਤ 4ɼ5ɼ6 ࢀর)Լਤ 7 ʹώετάϥϜͷྫΛࡌͤ·͢ɻ·ͨɼ͜ΕʹΑܾͬͯఆ͞Εͨ θ ͱ φ ͷ஋Λද 1 ʹ༩͑·͢ɻਤ 8: ͋Δ 1 ΠϕϯτͷྫΦϯީิࣄ৅Λൃ‫͖ͨͰݟ‬ͷʹରͯ͠ɼࢲͷΞϧΰϦζϜͰ͸ 2751 segments ͷϛϡʔΦϯީิࣄ৅Λൃ‫͢ݟ‬Δ͜ͱ͕Ͱ͖·ͨ͠ɻ• displaced ϛϡʔΦϯΠϕϯτɹ‫ߦݱ‬ͷΞϧΰϦζϜͰ͸ 2334 segments ͷϛϡʔΦϯީิࣄ৅Λൃ‫͖ͨͰݟ‬ͷʹରͯ͠ɼࢲͷΞϧΰਤ 7: ԣ࣠͸ station1 தͷ segment ͷํ޲ͱ station1,station2 ͷ֤ segments Λ݁Μͩઢ෼ͷ֯౓ɼॎ࣠͸ΧϦζϜͰ͸ 3119 segments ͷϛϡʔΦϯީิࣄ৅Λ΢ϯτ਺Λද͢

ൃ‫͢ݟ‬Δ͜ͱ͕Ͱ͖·ͨ͠ɻθφҎ্ͷ݁ՌΑΓɼࢲͷΞϧΰϦζϜͷ΄͏͕‫ߦݱ‬ͷΞϧ

sta 1→sta 2

66.5◦

45◦

ΰϦζϜʹൺ΂ͯΑΓଟ͘ͷϛϡʔΦϯީิࣄ৅Λબ୒

sta 2→sta 3
sta 3→sta 4
sta 1→sta 3

◦

60
60◦
54◦

◦50
50◦

Ͱ͖ͨͱ͍͏͜ͱ͕Ͱ͖·͢ɻͨͩ͠ɼ࣌ؒతͳ੍໿΋sta 2→sta 4
sta 1→sta 455◦50◦-͋Γɼ౰ॳͷ໨తͰ͋ͬͨ closed-by ͳϛϡʔΦϯࣄ৅ʹର͢ΔධՁΛߦ͏ͱ͍͏ஈ֊·Ͱ͸౸ୡ͢Δ͜ͱ͕Ͱ͖·ͤΜͰͨ͠ɻ·ͨɼγϛϡϨʔγϣϯσʔλ͚ͩͰͳ͘ɼ࣮σʔλʹରͯ͠΋ޮՌతʹಇ͔͘Ͳ͏͔ͷධՁΛߦ͏͜ͱ΋Ͱ͖·ͤΜͰͨ͠ɻ͜ΕΒͷ՝୊఺ʹؔ͠ද 1: ܾఆ͞Ε֤ͨ θ ͱ φ ͷ஋

2.6݁Ռͯ͸ɼ‫ޙࠃؼ‬΋ supervisor ͱ࿈བྷΛऔΓ߹͍Ҿ͖ଓ͖औΓ૊ΜͰ͍͘༧ఆͰ͢ɻ

3CERN Ͱͷੜ‫׆‬ઌఔ΋ड़΂·ͨ͠௨Γɼࢲ͸͜ͷΞϧΰϦζϜΛ 393

Summer Student ͕બ΂Δ CERN Ͱͷ॓ࣷ͸ 2 ͭ͋Πϕϯτͷ 5 GeV ͷϛϡʔΦϯΠϕϯτͱ 346 ΠϕϯτΓɼ1 ͭ͸ CERN ಺ʹ͋Δ CERN hostel Ͱɼ΋͏ͻͱͭͷ displaced ϛϡʔΦϯΠϕϯτʹద༻ͯ͠ɼ؆୯ͳੑ

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Student ͱͷίϛϡχέʔγϣϯ͕ඇৗͱΓ΍͍͢‫ڥ؀‬ͩͬͨͱࢥ͍·͢ɻಛʹࠓ೥͸ϒϥδϧϫʔϧυΧοϓਤΛ‫ݟ‬ΔͱɼࢲͷΞϧΰϦζϜʹΑͬͯϛϡʔΦϯ͕ਖ਼͕։࠵͞Εͨ೥Ͱ΋͋Γɼࢼ߹ͷ͋Δ೔ʹ͸օͰςϨϏ͘͠બ୒͞Ε͍ͯΔ͜ͱ͕Θ͔Γ·͢ɻϥ΢ϯδʹू·ͬͯͷࢼ߹‫؍‬ઓ΋ߦΘΕ·ͨ͠ɻ·ͨɼϗεςϧͷ͙ۙ͘͢ʹαοΧʔίʔτ͕͋Γɼ༦ํ͔Β• 5 GeV ϛϡʔΦϯΠϕϯτɹ‫ߦݱ‬ͷΞϧΰϦζϜͰ͸ 2515 segments ͷϛϡʔօͰू·ͬͯαοΧʔΛָ͠ΜͩΓ΋ͯ͠ɼඇৗʹָ͍࣌ؒ͠Λա͢͜͝ͱ͕Ͱ͖·ͨ͠ɻεʔύʔϚʔέοτ

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Welcome party Ͱɼશ͓͘ञΛҿΜͰ͍ͳ͔ͬͨࢀՃ͍ͨͱࢥ͍ͬͯ·͢ɻͦͯ͠Ͱ͖Δ͜ͱͳΒɼ೔ຊ͔Β

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ਤ 9: αοΧʔήʔϜͷલʹ४උӡಈΛ͢ΔαϚʔενϡʔσϯτୡ4ࠓ‫ޙ‬ͷ๊ෛࠓճͷ଺ࡏͰ௧‫ͨ͠ײ‬ͷ͸ɼࣗ෼ͷӳ‫ྗޠ‬ͷ௿͞Ͱͨ͠ɻεʔύʔόΠβʔʹ࣭໰͍ͨ͜͠ͱ͕͋ͬͯ΋ɼͳ͔ͳ͔ਖ਼֬ʹ఻͑Δ͜ͱ͕Ͱ͖ͣɼҰͭͷ໰୊͕ย෇͘ͷʹ΋͔ͳΓۤ࿑Λ͠·ͨ͠ɻࣗ෼͕ීஈͲΕ͚ͩӳ‫ޠ‬Λ࢖Θͳ͍‫͍ʹڥ؀‬Δͷ͔Λ‫ͳʹࡏ଺ͨ͠ײ࣮͘ڧ‬Γ·ͨ͠ɻࠓ‫ޙ‬͸͜ΕΛ‫ʹ܇ڭ‬ɼ೔ৗ͔Βӳ‫ޠ‬Λ࢖͏ɼ͋Δ͍͸ฉ͘‫Ͳʹڥ؀‬ΜͲΜͱඈͼࠐΜͰߦ͖͍ͨͱࢥ͍ͬͯ·͢ɻಛʹɼ͜ͷ෼໺Ͱ͸֎ࠃͷ‫ͱؔػڀݚ‬ͷ‫ڞ‬ಉ‫ݚ‬‫ڀ‬΍‫ڀݚ‬ձͳͲ΋ଟ͘ɼӳ‫ʹޠ‬৮Ε߹͏‫ػ‬ձ͸ͨ͘͞Μ༻ҙ͞Ε͍ͯΔͷͰɼੵ‫ۃ‬తʹࢀՃ͍͖͍ͯͨ͠ͱࢥ͍ͬͯ·͢ɻ