1241■談話室

CERN Summer School 2012 参加報告
京都大学

中 塚徳 継nakatsuka@scphys.kyoto-u.ac.jp
2012 年 10 月 24 日

1 前書き
2012/6/25  2012/8/31 の間，CERN Summer Student

粒子のプライマリ・バーテックスを検出する重要な役割を果たします(図 1)。

Program に参加する機会をいただきました。LHCb を構成するグループの一つである VELO グループのメンバーとして 10 週間(!)研究に参加しました。期間中には Higgs-like
粒子発見の発表があるなど，素晴らしい体験になりました。
以下，この夏の成果を報告させていただきます。

2.

活動内容

このプログラムは lecture と project を中心に，最後には研究成果を発表する機会が与えられる，本格的なものです。
さらには CERN での研究現場を見学するツアーが多数開催され，まさに一夏かけて CERN のすべてを体験することができました。講義では，加速器の話からひも理論の解説まで幅広い内容で，特に面白かったのは ISOLDE と呼ばれるビームラインを用いた原子核実験の話でした。他にも，陽子線を用いたがん治療の話，将来のリニアコライダー計画の話，データ収集のためのエレクトロニクス，ROOT の使い方まで，幅広い講義が行われ飽きのこないものでした。
最後のとりを飾る closing lecture では，Fermilab の deputy
director である Y. K. Kim 氏によるヒッグス探索実験の次の実験(この時点で Higgs-like 粒子は発見されていた)がどのようなものになるか，どのような方向を目指すべきかに関する興味深い話を聞くことができました。見学では，実際に LHCb の巨大な検出器の置いてある地下ピットに入りました。地下に入るときに虹彩を用いた生体認証を通り，さながら金庫にでも入るような不思議な体験ができました。

図 1: LHCb 検出器。
この検出器は衝突点の直近に位置しているため，放射線による劣化が早く進む特徴があります。そのため，運用中に印可電圧を上げていき，性能を維持する必要があります。
そのときに問題になるのが発熱です。そのためにいくつかの冷却システムのテストを行っていたのですが，そのうち新しく考案された micro channel cooling と呼ばれる冷却システムのテストを行いました。この micro channel coolingは，二枚のシリコン板に溝を彫って張り合わせたものに，液体二酸化炭素を流して冷却するもので，Si 検出器に直接組み込んで冷却することができます(図 2)。

2.1 プロジェクト
自分が携わったプロジェクトはいくつかありますが，ここではそのうちの 2 つについて説明します。1 つ目は，この夏に VELO グループが行ったテストビームのメンバーとして，Andrei Nomerotski 氏の指導のもと新しい検出器の冷却モジュールのテストを行いました。
2.1.1 マイクロチャンネルクーリング
自分が所属していた VELO グループは，その名の通りLHCb のうち VELO(Vertex Locator)と呼ばれる検出器を担当しています。この VELO は，陽子U陽子衝突の衝突点付近においてある Si ストリップ検出器で，衝突で出てくる

図 2: Micro channel cooling の Si プレート。

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冷却性能のテストは，この冷却プレートが単位時間あたり除去できる熱量を計測します。そのために，プレートの中央に電熱線と温度計を張り，温度が上昇しない上限の発熱量を測りました。この冷却システムの欠点は，ある一定以上の熱量を加えると，液体二酸化炭素が蒸発してしまい，急激に冷却性能が低下してしまう点にあり，残念ながら今回のテストビームタイムで実際の検出器モジュールに組み込んでテストすることはできませんでした。
2.1.2

図 4: Q QJ /Z の不変質量分布。 MeV に見えているのは Z a のピーク。この時点では，  MeV 付近には特にエX 探索

2 つ目のプロジェクトは非常に面白く，LHCb の実際のンハンスはみられない。

データを使った物理解析でした。このプロジェクトには一まだピークのようなものは何も見えないので，次にイベ夏を通して関わり，大変面白い成果を得ることができまし

ントを選ぶ(カットをかける)必要があります。カットの掛た。残念ながらこの解析は confidential であり，すべてをけ方にはいろいろあるのですが，既に見えている Z a のピー

ここで説明することはできないことをお断りしておきます。

ク幅がもっとも狭くなったときが最適であるという条件をこのプロジェクトでは，アドバイザーである Paula Collins付けて，合理的にカット条件を選びました。その結果，

氏と Kazu Akiba 氏の指導のもと， X () と呼ばれる粒M (Q QJ /Z)  M (J /Z), すなわち Q QJ /Z 不変 質量から子の探索に取り組みました。 X () とは，日本の Belle

J /Z 不変質量を引いた結果のピーク幅がもっとも狭いとい実験で初めて発見され，その後 SLAC の BaBar 実験でもう結論が得られました。その結果が図 5 です。

見つかったチャーモニウムの 1 つと考えられている粒子です。この粒子の量子数は未だ決定されておらず，面白いテーマといえます。この粒子については，確立した崩壊モードが少ないのですが，今回は崩壊分岐比が大きいことがわかっている，X () l Q QJ /Zの崩壊モードについて探索を行うことになりました。そのためには，まず J /Z の不変質量を再構成することから始めます。 J /Z の崩壊モードのうち，LHCb での検出効率が高いとわかっている，

J /Z l N Nに絞って，一つのバーテックスからミューオン対が出てくるイベントを探索します。結果は図 3 の通りです。

図 5: M (Q QJ /Z)  M (J /Z) 不 変 質 量 分 布 。 ち ょ う ど
X () の質量から J /Z() の質量を引いた  MeV 付

近にわずかなエンハンスが見える(!)。
今まで触れていなかったのですが，今までのデータは 2011年の全ランから得られたものです。次に，私が CERN に滞在していた時点までの 2012 年のデータもあわせた結果が
図 6 です。ここにはハッキリと  MeV のピークがあることがわかります。

図 3: 再構成した J /Z の不変質量分布。フィッティングの中心がよく J /Z の質量 ( MeV) を再現している。
この J /Z と同じバーテックスからパイオン対が出てきたイベントを探索し， Q QJ /Z 不変質量を再構成します。ここから得られた不変質量分布が図 4 です。

図 6: 2012 年 8 月までの全データを使った結果。クリアなピークが見える。詳しい結果は将来出るであろう論文を待ちた
い。

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2.2 プレゼンテーション

4.

今後の抱負

プログラムの期間中，プロジェクトの成果を発表する機

今回のプログラムで得られた国際交流の経験は，間違い会をたくさん与えられました。
解析の進捗状況を毎週のミーなく将来の研究生活の役に立つことになると思います。こティングで発表することも多々あり，忙しい日々が続きまの CERN の夏を通じてたくさんの友達が世界中にできましした。プログラムの最後には，student session という，学た。この友達こそ，今回のプログラムで得られたかけがえ生が自分のプロジェクトを発表する機会がありました。このない成果だと思います。の student session では，CERN の main auditorium(!)で発表させていただき，大変貴重な経験になりました(図 7)。

5.

今後のサマースチユーデントプログラム
へ望むこと

CERN への日本の貢献度を思うと，もう少し参加できる人数が多いとよいと思います。実際に日本と同じオブザーバーステイトであるアメリカやロシアからはたくさんの学生が参加していました。

6.

謝辞

自分は高エネルギー分野とは少し異なる原子核・ハドロン物理分野にいます。今回のプログラムを組織していただ
いた KEK の徳宿先生，福田様，石川様には大変お世話に図 7: Main auditorium での発表の様子。
もう一つ，大きなプレゼンテーションは，LHCb のサマースチューデントが集まって成果を発表するもので，こちらは聴衆が LHCb のプロフェッショナルが集まっており気の抜けないものでしたが，やはりよい経験になりました。

3.

生活面のエピソード

日々の生活もやはり大変充実したものでした。自分はCERN hostel に住んでいましたが，夜な夜な St. Genis のホステルに遊びにいったり，誕生日パーティを開いたりと，アフターファイブも精力的に活動しました。ナイトハイクと称して，夕方にジュラ山に登りに行ったのもよい思い出です(図 8)。

図 8: ジュラ山頂 ]Le Reculet^ にて。

なりました。そして，CERN で素晴らしいプロジェクトに参加させていただいた，LHCb のメンバーの皆様にも大変お世話になりました。この場をお借りして，お礼申し上げます。