Muon measurement in nucleus-nucleus collisions at ultimate energies: new encounter of physical kinematic region and measurement technology

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クォークは強い相互作用により通常はその少数多体系であるハドロン中に閉込められ、単独で存在し得ない。約2兆ケルビンを越える超高温で閉込から解放されるクォーク相の性質解明は、高温極限における強い相互作用の振舞や、極初期宇宙発展シナリオ検証に欠かせない。衝突系の初期にのみ存在するクォーク相の情報を実験的に伝え得る探針が、再閉込後のハドロン相通過の際に強い相互作用による擾乱を受けない、電子、ミュー粒子、光子など、いわゆる透過的探針である。従来、衝突系の運動学的中心領域を探る探針として低運動量での粒子識別の容易な電子を、強いブーストを受ける前方領域を探る探針として高運動量で識別容易なミュー粒子を、各々主として用いてきた。物理的には前者運動学領域の到達エネルギー密度がより高くより興味深いが、電子測定はミュー粒子測定に比べ背景事象が多く、両者は一長一短の関係にあった。ところが衝突エネルギーが高い欧州CERN研究所LHC加速器では、ビーム軸方向の強い一次元膨張のため、物理的に興味ある運動学的中心領域が延伸し、低横運動量を含むミュー粒子測定が技術的に可能かつ優位な前方領域と重なり始める。本研究では、この新たな邂逅に着目し、LHC加速器において高精度高統計ミュー粒子測定を強力に推進する。ALICE実験においてミュー粒子生成点近傍での高精度飛跡測定を目的に前方ミュー粒子飛跡検出器を開発建設実装し、立上調整較正を行った。データ収集系高度化と併せ、従前の10倍の統計に及ぶミュー粒子測定と100倍の電子測定を可能とする。同実験第三期運転を牽引し、陽子+陽子衝突運転および鉛原子核+鉛原子核または陽子+鉛原子核衝突運転において、新規高精度高統計データの収集を進める。2022年度は、ALICE実験第三期運転を開始し、陽子+陽子衝突データおよび鉛原子核+鉛原子核衝突試験データを収集し、初段解析を進めた。