将来のキャリアを見据えて、ILCという道を歩む2021.05

研究内容を教えてください。

ILCで使用する測定器の開発に携わっています。ILCの主目的は、光速近くまで加速した電子と陽電子を衝突させ、大量につくり出したヒッグス粒子の性質を精密に測定することです。これにより、標準理論を超える「新物理」や「新現象」を発見し、質量の起源や宇宙の誕生といった根源的な謎を解き明かすことを目指しています。

このILCでは、日本とヨーロッパが中心となって、「ILD（International Large Detector）」という検出器を開発しています。ILDには、電磁カロリメータ（ECAL）とハドロンカロリメータ（HCAL）が搭載される予定です。前者は電子や光子のエネルギーを、後者は陽子や中性子などのエネルギーを測定する装置です。

HCALで重要な役割を果たすのが「シンチレータ」です。シンチレータとは、荷電粒子との相互作用で蛍光を発する物質のことです。粒子がシンチレータにぶつかって生じる光の量から、元の粒子のエネルギー総量を決定するために、シンチレータを使用します。HCALでは、粒子のエネルギーを高い精度で測定するため、検出層に30 mm角のタイル状のシンチレータを並べる設計にしてあります。

私は修士課程で、シンチレータを60 mm角に大型化する研究を行ないました。シンチレータを大きくすれば、一般的には粒子の位置や時間を測定する精度は落ちます。しかし先行研究では、シンチレータの一部を大きくしても全体の性能は変わらず、シンチレータの枚数や読み出しチャンネル数などの減少によるコスト削減につなげられると考えられていました。私はこれを実証するため、60 mm角のプロトタイプで性能評価を行ない、さらに60 mm角タイルを用いた検出層を製作して、大型技術試作機での試験を行ないました。これらの研究により、60 mm角タイルのシンチレータでも、30 mm角と同等の性能が得られることを実証しました。

博士課程では研究対象を少し変え、ECALのシンチレータストリップ技術の開発研究に取り組んでいます。これは、縦5 mm×横45 mmの細長いシンチレータストリップを、縦方向に並べた層と横方向に並べた層とを交互に配置し、仮想的な5 mm角の超高精細度を実現する独創的なアイデアです。HCALの研究で培った経験と技術を活かし、ECALでも高精細カロリメータを完成させたいと考えています。

ICEPPに進学し、ILCを選んだ理由は？

もともと宇宙に興味があり、宇宙の起源や構造を解明したいと考えていました。九州大学在籍時には物理学科に進学して物理を学ぶうち、素粒子の研究が宇宙の起源の探求と密接に関わっていることを知り、素粒子物理に興味を持つようになりました。そして、自分の手で新物理や未知の現象を観測・発見したいとの思いから、素粒子実験に携われるICEPPへの進学を決めました。

ILCを選んだことにも明確な理由があります。素粒子実験の新たな国際研究施設が日本に建設される可能性があり、そこで活躍したいと思ったためです。ILCでの実験が盛んに行なわれる時期が、自分が将来、研究職として最前線で活動するであろう時期と重なると考えました。自分の将来のキャリアの中枢に、ILCを見据えています。

ICEPPの魅力はどこにありますか？

ICEPPには、幅広い分野に精通している万能型の研究者もいれば、ある分野に特化したエキスパートもたくさんいます。ですから、研究で困難に直面しても、そうした人たちに相談してアドバイスをもらうことで、困難を乗り越え、自分を成長させることができます。ここに集まる学生たちも研究者志望の人が多く、お互いに切磋琢磨できる良い環境に恵まれています。おかげで、充実した博士課程を送れています。