500250■ 談話室

CERN Summer Student Programme に参加して大阪大学大学院理学研究科物理学専攻博士前期課程 1 年

豊田 高士
toyoda@champ.hep.sci.osaka-u.ac.jp
2012 年 (平成 24 年) 11 月 5 日

はじめに

1

私は, 2012 年 7 月 2 日から同年 9 月 7 日までの約 10
週間, CERN Summer Student Programme に参加した。
このプログラムは, 世界各国の大学生 (および大学院生)が CERN で行われている実験プロジェクトに配属され,その研究生活を体験できるものである。ここでは, 私がこのプログラムで行ったこと, および CERN での生活などについて報告する。

活動内容

2

私は, CERN の SPS 加速器で行われている NA62 実
験に参加した。また, NA62 実験グループでの研究活動の他に, 午前中に行われる講義に出席し, workshop, visitなどの様々な企画にも参加した。この節では, それらの活動について述べる。

2.1

研究

2.1.1

NA62 実験

図 1: NA62 実験で使われる検出器の配置とシグナルイ
ベントの概念図は straw tube が 450 本平行に並べられたレイヤー (図 2参照) を 4 枚, 45◦ ずつ回転して設置されたものである。
この straw tube は金属が蒸着されたマイラーフィルムを筒状に巻き, その中心に導線が張られたもので, これらの筒の中には Ar ガスが充填され, 電圧をかけることでそれぞれが比例計数管と同様の動作をする。

NA62 実験は, 荷電 K 中間子の稀崩壊モード K + →π + ν ν̄ の崩壊分岐比を, 10% の精度で測定することを目標とした実験である。標準理論によるこの崩壊分岐比の予想値は 10−10 程度であり, これを精密に測定することで, CKM 行列により記述される CP 対称性の破れについての標準理論の検証, さらには標準理論を超える物理の探索を行うことができる。

2.1.2

図 2: 各チェンバーを構成するレイヤーの 1 つStraw Tacker

Straw tracker は, K + 粒子崩壊後の π + 粒子の運動量とビーム軸に対する角度を測定する検出器であり, 双極電磁石と, その前後に二つずつ設置された計四つのstraw chamber から構成される (図 1 参照)。各 chamber

2.1.3

ビームテスト

今年の夏, straw chamber のプロトタイプの位置分解能を測定するためのビームテストが行われた。このプロ
トタイプは円筒形の真空容器中に, 8 本の straw tube を重なるように 4 列, 計 32 本設置したもので, straw tube

501
251の側面側からビームが当たるようになっている。そして,トリガー用のプラスチックシンチレータと, テレスコー
プ用の MicroMegas 検出器が straw tube を挟むように設置されている (図 3 参照)。

good sample
12000

apv_int_q_X1_1
Entries

246

Mean

133.8

RMS

64.99

10000

8000

χ / ndf
26000

2054 / 18

1.048e+04 ± 8.576e+01
Constant
4000

2000

0050

100

150200bad sample
16000

Mean

104.4 ± 0.0

Sigma1.155 ± 0.007

250

300
350
strip number

apv_int_q_Y2_1
Entries

235

Mean

73.6

RMS

46.99

14000

図 3: ビームテストのセットアップ

12000
10000
2

χ / ndf

8000

2.1.4

私が行ったこと

私の仕事は, ビームテストのすべての event から straw

chamber の位置分解能測定に使える event を抽出することであった。Straw chamber の位置分解能を解析するためのプログラムは, 今年 2 月から NA62 に参加していた Boston 大学の学生が開発していたのだが, これは各event で粒子が一つしか通過しないことを前提としたものであった。しかし, 実際のデータには真空容器中でシャワーが起こるために多数の粒子が通過する event や, ノイズなどにより cluster が多数見える event が存在するので, 条件にあった event を選び出す必要がある。

Constant 2.055e+06 ± 6.516e+05

6000
4000
2000
008.148e+04 / 32

50100150200

Mean-298.2 ± 10.8

Sigma

104.6 ± 0.4250300350
strip number

図 4: 条件を満たした event(上図) と満たさなかった

event(下図)(縦軸は各 strip の信号の大きさ)
全体の 70%ほどで, いくつかの run について目視で確認したところすべての event で cluster が一つのみであったので, きちんと選別できたものと思われる。

そこで私は MicroMegas 検出器からの情報を使って,通過する粒子が 1 つだけであるような event を選ぶプログラムを作成した。

MicroMegas 検出器はガスイオン化検出器の一種で,荷電粒子などがガスをイオン化して生成した電子を強電場で増幅し, 平面上に平行に並んだ数百本の strip から信号を読み出すことができる。そして, この strip のうち電流が流れた strip の cluster が通過した粒子に対応し, cluster の位置から粒子の通過した位置を求める。
私は通過する粒子が 1 つだけ, つまり cluster が 1 つだけである条件として, 一番信号の大きい strip を含む

cluster を gaussian で fit し, 中心の strip から 2σ 以上離れたすべての strip について, もっとも信号の大きいstrip の 3 分の 1 以下に電流量が収まることを要求した。
ある run についてこの event 選択を行った際の, 条件を満たした event とそうでない event を図 4 に示す。
図 4 から, 条件を満たした event は cluster がただ 1 つだけ存在し, 満たさなかった event は複数の cluster が存在することが見て取れる。この条件を満たした event は

2.1.5

その他

実は今回のビームテストは 7 月中旬に実施される予定だったのだが, ビームラインの真空漏れにより 1ヶ月遅れ, 実際に行われたのは帰国 2 週間前の 8 月下旬であった。そのため, メインとなる straw chamber のプロトタイプの位置分解能を解析するところまでは, 残念ながらできなかった。ビームが止まっていた間は supervisor のAugusto から課せられた「CKM 行列の global fit を作成して, K + → π + ν ν̄ の崩壊分岐比を予想せよ」という (突拍子もない) 課題に, 同僚のシンガポール人学生のHong Qi Tan と一緒に取り組んでいた。なかなか苦しい課題であったが, CP 対称性の破れについての理解が深まり, 私が日本で参加している KOTO 実験1 の理論的背景もきちんと知ることができたので, このアクシデントも逆によかったのではないかと思う (図 5 参照)。
1 KOTO 実験は J-PARC のハドロンホールで行われている実験であり, こちらは KL → π 0 ν ν̄ の崩壊分岐比の測定を目標にしている。

502252

また, 休日はジュネーブ近郊のジュラ山やサレーブ山

CKM Constraints

γ2∈K

η

10を訪れた他, CERN 周辺をサイクリングしたり少し遠出をしてパリやベルリンなどへも旅行することができた。

sin2β+

K →π+νν∆Md4

私がこのプログラムでもっとも痛感したことは, 英語αV ubα

力の欠如であった。Supervisor に聞きたい (日本語でな-1ら難なくできる) 質問があっても, 英語に苦手意識があ
γ-2-2-1るために躊躇してしまうことが何度もあり, 勇気を出し∈K0ρ

1て質問しても, 自分の言いたいことは半分程度しか伝わ23

図 5: 様々な論文や PDG の booklet を参照して作成した CKM 行列のパラメータの global fit

2.2

今後の抱負

講義, Visit, Workshop

7 月 5 日から 8 月 9 日までの午前中は, 講義が開かれており, 素粒子・原子核物理学の他、統計・データ解析、天体物理などの授業もあった。この時期はちょうど Higgs

らず, 相手の言うことも十分に理解できず... の繰り返しに辟易した。他の (母国語が英語でない) 国の学生たちは私に比べて圧倒的に英語ができ, 私にも十分な英語力があれば, もっと仲良くできただろうと後悔すると同時に, 自分と同年代の (物理学を専攻する) 世界中の学生はこんなに英語ができるのか, と自分の不甲斐なさを感じた。しかし, このように英語の必要性を肌身をもって感じることができたのも, このプログラムに参加できたおかげであり, 今後に生かしたいと考えている。

粒子 (と思われる新粒子) の発見が発表された直後であったことから, 講義にも Higgs 粒子と関連する話題が多く5取り上げられており, 授業そっちのけで持参したパソコ

今後のサマースチューデントプロ
グラムに望むことンに夢中な学生も, Higgs 粒子の話題がでるとサッとスライドに目をやる光景は滑稽であった。

私個人としては, CERN での生活, および CERN へ

また, visit や workshop に応募すると CERN 内の各行くまでの諸手続きに関して不満は一切なく, 手厚いサ研究施設の見学や, 体験をすることができた。私は CMSポートを受けられたことに感謝している。ただ, このプの見学ができる visit と beam line の workshop に参加

ログラムの存在をもっと広く各大学・研究室に宣伝してした。Beam line の workshop は, SPS ビームラインのもよいのではないかと感じた。実際, 大阪大学内の他のビームを 5 mm ずらすには電磁石に流す電流をどれだけ素粒子・原子核実験グループの学生でこのプログラムの変えればよいのかを逆算し, 実際にコントロールルーム存在を知る人は少なかった。

でビームを操作するというもので, 実際にビームが思った通りの位置にずれたときはとても興奮した。

63

CERN での生活

謝辞
まず, このようなすばらしい機会を与えてくださった

ルに滞在し, 毎日自転車で CERN まで 10 分ほどかけてKEK の皆様, および CERN の NA62 実験グループの皆様に深く感謝します。そして, このプログラムに申し込む際に推薦書を書いていただき, application form を何通った。午前の講義が終わると昼食をとり, 少しレスト度も添削してくださった山中卓教授と, このプログラム

私は CERN から 2 km ほど離れた St. Genis のホステ

ランでのんびりしてから午後は NA62 での研究を行って,を紹介し, 参加を勧めてくださった花垣和則准教授にお5 時過ぎには切り上げるという日々が続いた。St. Genis

礼を申し上げます。また, 大阪大学 ATLAS グループののホステルはキッチンが各階で共同になっており, 料理皆様には CERN 滞在中いろいろとお世話になり, 何度をする内に知り合いも増えていった。特にガーナ出身のも食事に誘っていただきました。ありがとうございまし

Abdul やエジプト出身の Ehab とは, よく同じ時間帯に料理し, 彼らの目を疑うような調理法に苦笑いしながら,た。最後に, 同じく日本からの Summer Student である

CERN での日々の生活や, 母国の文化 (彼らは敬虔なイ生活をともにすることができて本当に楽しかったです。

スラム教徒であった) について話したりした。

ありがとう。

大石君, 清水君, 中塚君, 本橋君, 君たちと CERN での