1221■ 談話室

CERN Summer Student Programme 2014 参加報告
東京大学大学院

理学系研究科加納 勇也
ykano@icepp.s.u-tokyo.ac.jp
2014 年 (平成 26 年) 9 月 26 日

はじめに

1

するシンプルなモデルの MC シミュレーションデータ

私はこの夏の 6 月 23 日から 8 月 29 日までの 10 週間,

CERN Summer Student Programme に参加しました。
このプログラムは, スイスはジュネーブ近郊に位置するCERN(欧州原子核研究機構) において毎夏行われているもので, 世界中から物理学・工学・情報工学などを専攻をもとに, 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 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,6 週間にわたって開講される講義に参加し, CERN の研究者の指導の下で研究を行いました。

2

活動内容

2.1

√

s =13 TeV における 0-lepton モード
での超対称性粒子の探索感度の推定

ボーズ粒子とフェルミ粒子とを交換する基本的な対称性を超対称性と呼び, 超対称性の存在は繰り込み理論における階層性問題の解決策になると考えられています。
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µ 粒子を含まない崩壊モードは 0-lepton モードと呼ばれ, このモードでは squark と gluino が lightest supersymmetric particle (LSP) χ̃01 と 2～6 本の hadron jet に崩壊しますが, χ̃01 は測定器に信号を残さないため, 大きmiss が生じることが予な missing transverse energy (ET)想されます。

LHC では 2015 年に重心系衝突エネルギーを√s=13 TeV に向上することが計画されています。私は ATLAS グループに所属し, MC シミュレーションを用いて√重心系エネルギー s =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

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,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 )2
MTR =#1 ⃗ miss1 ⃗ miss|(|⃗q1T | + |⃗q2T |) − E· (⃗q1T + ⃗q2T )|E2 T
2 T(2)
MTR
(3)
R=MR

ここで q1 と q2 は二つの megajet の 4 元運動量を表します。megajet は各イベントごとに定義され, イベント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。

2R222解析では, LSP 質量 m(χ̃01 ) が小さいときには exclusion

cor = -0.470.6m( ~g) = 1350GeV0.060m( ∼χ ) = 1GeV

SR-4j
0.5

10.05

0.40.04

0.3
0.03

0.20.020.1

000.01

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0RMR[GeV]cor = -0.68

0.6

SR-4j

9tt

80.5limit が gluino 質量 m(g̃) ∼ 1600 GeV に達することが!
L dt = 20 fb−1 における実験結果によって求められた exclusion limit[1] を超推察されます。これは、8 TeVえていると考えられます。
!
同様にして 13 TeV L dt = 20 fb−1 のときの信号!
領域を定義し, L dt = 20 fb−1 における 3σ 等高線を推定する計算を行いました。MC シミュレーションデー!
タを L dt = 20 fb−1 にスケールし, このデータをもmissとに同様にして meﬀ と ET
/meﬀ を用いた信号領域!
を定めました。この解析から, L dt = 20 fb−1 では

LSP 質量が小さいときには exclusion limit が gluino 質
量 m(g̃) ∼ 2 TeV まで伸びることが推定されました。

650.3

40.2

3900
800

1500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

40000

MR[GeV]

3σ MR & R

600
500
400300

図 1: razor 変数の相関分布。上図は m(g̃) = 1350 GeV,200m(χ̃01 ) = 1 GeV のモデルのシグナルの分布, 下図は√irreducible background である tt̄ の分布。 s = 13 TeV!
MC, L dt = 3 fb−1 。

1002.1.2

3σ Meff & MET/Meff

70020.100∼0)[GeV]m(χ170.4

Exclusion limit

missmeﬀ と ET/meﬀ , razor 変数の二つに対して 13 TeV−1L dt = 3 fb での信号領域をそれぞれ定義し, それらの信号領域の下で各シグナル点 (m(g̃), m(χ̃01 )) に対し!て signal significance を計算し, 3σ の等高線を求めたものが図 2"に示されています。Signal significance z は22と計算しました (Nsigz = Nsig / Nbkg + σstat+ σsyst
はシグナルのイベント数, Nbkg はバックグラウンドのイベント数)。
miss
ここで meﬀ と ET
/meﬀ に関しては meﬀ (incl.) > a0800

1000120014001600

1800m(~g)[GeV]miss
図 2: meﬀ & ET/meﬀ (青, 外側) および razor 変数 (赤,!
√内側) による 3 σ 等高線。 s = 13 TeV MC, L dt =3 fb−1 。

2.2

講義, 施設見学

講義は 6 週間にかけて午前中に開講されました。加速器, 原子核物理, 標準理論を超えた物理など講義のテーマは多岐にわたり, 研究者の方々が数回に分けて各テーマについて説明して下さりました。学生の中には学部生

miss
かつ ET
/meﬀ > b という事象選別を考え, シグナル点も多く, また物理学が専門ではない学生もいたので, 講のうちいくつかの代表的な点に対して signal significance

義の内容は簡潔かつわかりやすく準備されていて, 大いを最大にする a, b の組みを求めることによって, 信号領に勉強になりました。また, CMS 検出器と ATLAS 検域を定めました。razor 変数に関しても同様にして a <出器を見学する機会があり, 装置の大きさと複雑さには(MR − b) ∗ (R − 0.1) という事象選別を考え, シグナルの代表点に対して signal significance を最大にする a, bの組みを求めることによって信号領域を定めました。

目を見張るものがありました。

図 2 から, この解析によって定めた信号領域の下では,
miss/meﬀ
razor 変数による exclusion limit は meﬀ と ETによる exclusion limit の中に内包されることがわかりま!
す。また, この図から 13 TeV L dt = 3 fb−1 におけるプログラムの最終日には 0-lepton meeting のビデオ
会議にて研究結果を発表する機会があり, 参加者から多くの意見を頂くなど貴重な経験となりました。

3223と思います。
多くのことを学ぶことができ, 本プログラムは私にとって満足の行くものでした。今後このプログラムに望むこととしては, 強いて挙げるとすれば各学生が志望した研究分野につけるようにすることでしょうか。私自身は自分の望んでいたテーマを研究することができ, また指導教官の先生方には細かく指導していただくことができましたが, 参加した海外の学生の中には自分の与えられたテーマや, 指導教官による待遇に不満を持っている学生
図 3: Main auditorium での講義の様子

3

CERN での生活

CERN での滞在はとても有意義なものでした。世界中の様々な国の学生や研究者の方々と話す機会に恵まれ,彼らの行なっている研究や彼らの文化について学ぶことができました。トルコ人の友人によくトルコ茶を入れても少なからずいたように思いました。

5

謝辞
このプログラムに参加するにあたって, 多くの方のお世話になりました。指導教官として丁寧に研究の指導をしてくださった CERN の Brian Petersen 先生と中浜優もらって夜遅くまで雑談をして過ごしたのは良い思い出

先生, ご尽力いただいた KEK 国際企画課の皆様, サポーです。プログラムの参加者には情報工学が専門の学生もトしていただいた Summer Student Team の皆様, 推薦

多く, 彼らの研究内容を聞くのはとても刺激的でした。

していただき送り出してくださった東大の駒宮先生, 同Jack Steinberger 先生にお話を伺う機会もあり, 物理や政治に関して興味深い話を聞くことができました。
また, ヨーロッパでの生活は楽しいものでした。滞在僚で多くの助言をくれた Andreas 君, そして日本から一多くの方に支えて頂きました。皆様に心より御礼申し上していたホステルのすぐ隣は大きな牧場で牛やうさぎがげます。

緒に参加した梶原さん, 住田君, 竹馬君, 潘君, そのほかたくさん暮らしており, また周囲は見渡す限り山や畑で囲まれているなどとても自然豊かで, 研究生活に集中できる環境でした。現地の人に英語が通じず会話ができなかったり, スーパーには見知らぬ食材が並んでいたり, 物価が高かったりと初めは生活に苦労したものの, 慣れて参考文献[1] ATLAS Collaboration, Search for squarks
and gluinos with the ATLAS detector in fi-

みると過ごしやすく, また毎日発見があって新鮮でした。

nal states with jets and missing transverse√
s = 8 T eV protonmomentum using
proton collision data, JHEP 09 (2014) 176,

今後の抱負と今後このプログラム

http://arxiv.org/abs/1405.7875 [hep-ex].

4に望むことCERN での研究に参加することは私にとって長年の夢でしたが, 今回その夢を叶えることができました。CERN
では英語以外にも様々な言語が聞こえ, いろんな国籍の研究者が協力して活動しており, 国際色豊かな環境でした。CERN に 2ヶ月間滞在して, 素粒子物理学を研究していく上では国際性が重要だと改めて感じさせられました。今後も機会があれば積極的に海外に行き, 英語で交流する術を身につけ, 海外で活躍できる研究者を目指したいと思います。
また, 2ヶ月間という短い期間でひとつの研究を完結させることができたのは良い経験になりました。同時に,研究する上での自分の未熟さも実感させられました。今
回の経験を糧に, 今後も勉学と研究活動に一層励みたい