氏名

ヨリタ コウヘイ

寄田 浩平

職名

教授

所属

(先進理工学部)

連絡先

メールアドレス

メールアドレス
kohei.yorita@waseda.jp

住所・電話番号・fax番号

住所
〒169-8555東京都 新宿区大久保3-4-1 早稲田大学理工学術院 先進・物理学科 55S308室
電話番号
03-5286-2722
fax番号
03-5286-2722

URL等

WebページURL

http://www2.kylab.sci.waseda.ac.jp

研究者番号
60530590

本属以外の学内所属

兼担

理工学術院(大学院先進理工学研究科)

学内研究所等

宇宙科学観測システム研究所

研究所員 2010年-2014年

自己組織系物理ホリスティック研究所

研究所員 2009年-2014年

理工学術院総合研究所(理工学研究所)

兼任研究員 2018年-

ホリスティック物理学研究所

研究所員 2015年-2019年

ホリスティック物理学研究所

研究所員 2019年-

学歴・学位

学歴

-2000年 早稲田大学 理工学部
-2005年 早稲田大学 理工学研究科

学位

博士(理学) 早稲田大学 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

経歴

2003年04月-2004年12月フェルミ国立加速器研究機構客員研究員
2005年04月-2008年09月シカゴ大学Fermi Fellow
2008年10月-2016年03月早稲田大学准教授
2016年04月-早稲田大学教授

所属学協会

日本物理学会

委員歴・役員歴(学外)

2015年-2017年高エネルギー委員

受賞

早稲田大学リサーチアワード

2016年12月

Geroge Michael Award

2004年12月

研究分野

キーワード

高エネルギー素粒子実験、暗黒物質探索実験、次世代検出器開発

科研費分類

数物系科学 / 物理学 / 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

共同研究希望テーマ

新規実験(暗黒物質、Axion等)

目的:技術相談、共同研究、その他

論文

Performance of VUV-sensitive MPPC for liquid argon scintillation light

Igarashi, T.;Tanaka, M.;Washimi, T.;Yorita, K.

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT833p.239 - 2442016年-2016年

DOIWoS

詳細

ISSN:0168-9002

ヒッグス粒子の発見

寄田 浩平

物理教育62(1)p.30 - 332014年03月-2014年03月 

CiNii

詳細

ISSN:03856992

A highly parallel FPGA implementation of a 2D-clustering algorithm for the ATLAS Fast TracKer (FTK) processor

Kimura, N.; Annovi, A.; Beretta, M.; Gatta, M.; Gkaitatzis, S.; Iizawa, T.; Kordas, K.; Korikawa, T.; Nikolaidis, S.; Petridou, C.; Sotiropoulou, C. L.; Yorita, K.; Volpi, G.

2014 19th IEEE-NPSS Real Time Conference, RT 2014 - Conference Records2015年04月-2015年04月 

DOIScopus

詳細

概要:© 2014 IEEE. The highly parallel 2D-clustering FPGA implementation used for the input system of the Fast TracKer (FTK) processor for the ATLAS experiment of the Large Hadron Collider (LHC) at CERN is presented. The LHC after the 2013-2014 shutdown periods is planned to have increased luminosity, which will make it more difficult to have efficient online selection of rare events due to the increase of the overlapping collisions. FTK is a highly-parallelized hardware system that improves the online selection by executing real time track finding using the information from the silicon inner detector. The FTK system requires fast and robust clustering of the hits retrieved from the silicon detector on FPGA devices. We show the development of the original input boards and the implemented clustering algorithm. For the complicated 2D-clustering, a moving window technique is used to minimize the use of FPGA resources. The combination of custom developed boards and implementation of the clustering algorithm provides sufficient processing power to meet the specifications for the silicon inner detector of ATLAS up to the maximum LHC luminosity planned until 2022. The developed algorithm is easily adjustable to other image processing applications that require real-time 2D-clustering.

Direct Detection of Liquid Argon Scintillation with MPPC

Washimi, T.; Tanaka, M.; Yorita, K.

Journal of Instrumentation11(2)2016年02月-2016年02月 

DOIScopus

詳細

概要:© 2016 IOP Publishing Ltd and Sissa Medialab srl.A new type of the Multi-Pixel Photon Counter (MPPC), sensitive to Vacuum Ultra-Violet (VUV) light (wavelength < 150 nm), is recently developed and produced by Hamamatsu Photonics K.K.. We have successfully achieved direct detection of liquid argon (LAr) scintillation light (wavelength = 128 nm) using this device without any wavelength shifter. We first measured basic properties (temperature dependence of gain, cross-talk, after pulse, etc.) at cryogenic facility at Waseda university. We have also estimated the absolute photon detection efficiency (PDE) for LAr scintillation light emitted from 241Am α-ray (5.5 MeV) source. Finally, a possible application of the new MPPC to LAr detector for dark matter search is discussed.

Performance of VUV-sensitive MPPC for liquid argon scintillation light

Igarashi, T.; Tanaka, M.; Washimi, T.; Yorita, K.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment833p.239 - 2442016年10月-2016年10月 

DOIScopus

詳細

ISSN:01689002

概要:© 2016 Elsevier B.V.A new multi-pixel photon counter (MPPC) sensitive to vacuum ultra-violet (VUV) light (wavelength λ<150nm) has recently been developed and produced by Hamamatsu Photonics K.K. In this study, the basic properties of the new MPPC are measured at the cryogenic facility of the Waseda University using liquid nitrogen. The temperature dependence of the breakdown voltage, capacitance, and dark count rate of the MPPCs are also evaluated. Using an 241Am α-ray source, the absolute photon detection efficiency (PDE) of the liquid argon (LAr) scintillation light (λ=128 nm) for the latest MPPC model is estimated to be 13%. Based on these basic measurements a possible application of the new MPPC to LAr detectors in dark matter search is suggested.

外部研究資金

科学研究費採択状況

研究種別:

気液2相型Ar光検出器の開発と高感度化

2015年-0月-2017年-0月

配分額:¥5980000

研究種別:

暗黒物質探索のための真空紫外光および近赤外光の直接検出法の確立

2013年-0月-2015年-0月

配分額:¥4030000

研究種別:

ヒッグス機構の実験的解明と高速飛跡検出システムの開発・構築

2012年-0月-2016年-0月

配分額:¥26650000

研究種別:

トップクォークを用いた新しい素粒子現象の探索

2011年-0月-2016年-0月

配分額:¥129090000

研究種別:

ハドロン衝突実験での第三世代粒子測定法の改善とその発展性の研究

配分額:¥3400000

研究種別:

LHC実験での高速飛跡トリガーシステムの新規開発研究

配分額:¥3900000

研究種別:新学術領域研究(研究領域提案型)

トップクォークを用いた新しい素粒子現象の探索

2011年-2015年

研究分野:先端加速器LHCが切り拓くテラスケールの素粒子物理学~真空と時空への新たな挑戦

配分額:¥129090000

研究種別:特定領域研究

ハドロン衝突実験での第三世代粒子測定法の改善とその発展性の研究

2010年-2011年

研究分野:フレ-バ-物理の新展開

配分額:¥3400000

研究種別:若手研究(スタートアップ)

LHC実験での高速飛跡トリガーシステムの新規開発研究

2009年-2010年

研究分野:素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

配分額:¥3900000

研究種別:

気液2相型アルゴン検出器による低質量暗黒物質探索

2017年-0月-2019年-0月

配分額:¥18330000

研究種別:

高輝度LHC実験での新物理発見と超高速トラッカーの開発構築

2017年-0月-2020年-0月

配分額:¥19370000

研究種別:

LHCでの未知重粒子探索

2016年-0月-2021年-0月

配分額:¥148720000

学内研究制度

特定課題研究

暗黒物質探索のためのアルゴン光検出器の方向感度化に関する基礎研究

2015年度

研究成果概要:本研究は、高圧(又は液体)Arを用いた暗黒物質の到来方向の測定感度をもつ検出器の基礎開発が目的である。反跳されたArの運動方向と電場方向の角度によって変化する柱状再結合割合を光信号として読出すことで方向情報を得られるかを検討した。...本研究は、高圧(又は液体)Arを用いた暗黒物質の到来方向の測定感度をもつ検出器の基礎開発が目的である。反跳されたArの運動方向と電場方向の角度によって変化する柱状再結合割合を光信号として読出すことで方向情報を得られるかを検討した。SRIMとGarfield++を用いて飛跡長、Onsager半径、電子拡散度をシミュレートした結果、Ar80%+TMA20%を10気圧で運用することで方向感度化できる可能性を示すことができた。また実際に、ガスAr(1.5気圧)中に電場(600V/cm)を形成し、α線源による信号取得にも成功した。

Arを用いた暗黒物質探索実験のための背景事象識別能力の評価とその改善

2013年度

研究成果概要:近年の暗黒物質(DM)の探索は、特に低質量領域で相互矛盾する実験結果が乱立し、混沌としている。このような状況下では、異なる媒質、異なる手法、異なる背景事象環境での結果を相補的・多角的に検証することが必須である。本研究の目的は、低質...近年の暗黒物質(DM)の探索は、特に低質量領域で相互矛盾する実験結果が乱立し、混沌としている。このような状況下では、異なる媒質、異なる手法、異なる背景事象環境での結果を相補的・多角的に検証することが必須である。本研究の目的は、低質量領域(WIMP質量10GeV付近)にも感度をもつ「気液2相型アルゴン光検出器」を早稲田大学独自に開発・構築し、暗黒物質探索(ANKOK実験)を行うことである。γ線由来の背景事象と信号事象に対し、Ar蛍光の波形分別(時定数の違いによるslow/total比)による識別力に加え、気・液2相式によるS1/S2比を用いて識別能力を高めるのが基本概念である。早稲田大学構内に構築したプロトタイプ検出器(75L)を用いて2相式の運転管理、高純度維持、高電圧印加等、本実験に必要なハードウェア要素開発を一通り行ってきた。Cf線源からの中性子(原子核反跳)事象とγ(電子反跳)事象を解析し、波形分別(slow/total)能力を精査したところ、目標の10の5乗の背景事象棄却@~40KeVnrを達成することができた。これらの成果から、2013年度の暫定結果として期待通りの識別能力(PSDだけで>10^5、S1/S2と合わせて>10^8)の目処がたった。また、地上における中性子束測定(液体シンチレータ)も行い、実際の探索感度の議論を深めている。一方2013年度とくに注力したのが、低質量領域探索の必要条件である光検出効率最大化である。結果として、7.3pe/KeVee(当初目標は5pe/KeVee)という現状で世界第2位の光収集効率を得ることができた。さらに今後は、高QE(現行PMTの1.5倍)&低バックのPMT(R11065-20、現在5本所持)の使用や新しい窒素除去システムによる蛍光slow成分の光量増加を行うことで、世界最高の光量を達成する予定である。加えて、実験データを理解するために、伝播光学系、変換効率、反射特性や減衰などを考慮したシミュレーションも構築した。これらシミュレーション研究と合わせて、本実験用2相型検出器の最適な形状デザインを開始している。2014年度には神岡地下施設における「地下での中性子束の測定やγ線の評価、地上との比較」、また「検出器内部部材起因の背景事象の理解・評価・削減」に向けた共同利用を行うべく調整を開始した。これまでの成果は、論文、学会発表、所属学生の卒業・修士論文にすべて纏めた。

暗黒物質探索のためのアルゴン光検出器開発

2014年度

研究成果概要:本研究の目的は、低質量領域(WIMP質量10GeV付近)にも感度をもつ「気液2相型アルゴン光検出器」を開発・構築し、暗黒物質探索を行うことである。γ線由来の背景事象と信号事象に対し、Ar蛍光の波形分別(時定数の違いによるfast/...本研究の目的は、低質量領域(WIMP質量10GeV付近)にも感度をもつ「気液2相型アルゴン光検出器」を開発・構築し、暗黒物質探索を行うことである。γ線由来の背景事象と信号事象に対し、Ar蛍光の波形分別(時定数の違いによるfast/slow比)による識別力に加え、気・液2相式によるS2/S1比を用いて識別能力を高めるのが基本概念である。早大構内に構築したプロトタイプ検出器(有効質量~1kg)を用いて本実験に必要なハードウェア要素開発を一通り行った。今年度までに達成した成果を以下に列挙する。(1) Ar2相式検出器の長期運転・安全運用維持の確立(2) 液面維持、高純度、高電場印加装置の構築 (3) 光検出効率 ~10pe/KeVeeの達成(世界最高光量)(4) γ/nの識別能力の評価、地上での中性子束の測定 (5) VUV-MPPCの新規開発試験と評価、実験利用の検討

新しい光検出素子を用いた暗黒物資探索実験の構築と地球規模の季節変動現象の検討

2017年度

研究成果概要:気液2相型Ar光TPC検出器を用いた暗黒物質探索において新たな知見を得るために、128nmのAr蛍光に直接感度をもつ新しい光検出素子MPPCの開発と季節変動現象を検証するための南半球での実験可能性を検討した。浜松ホトニクスと共同で...気液2相型Ar光TPC検出器を用いた暗黒物質探索において新たな知見を得るために、128nmのAr蛍光に直接感度をもつ新しい光検出素子MPPCの開発と季節変動現象を検証するための南半球での実験可能性を検討した。浜松ホトニクスと共同で開発(性能評価担当)してきたVUV-MPPCは第4世代に発展したが、1光子あたりの検出効率は12%程度にとどまり、実験実装するにはさらなる改善が必要である。一方、メルボルン大学と協力し、南半球での具体的な実験検討を開始した。まだ現地豪州にて地下実験施設が建設中ということもあり、こちらも継続的な議論をする必要がある。

CDF実験でのヒッグス粒子探索とLHCへの物理的繋がりに関する研究

2009年度

研究成果概要:本研究費を軸に達成すべき点は大きく二つある。一つ目は現行で世界最高エネルギー加速器であり、かつ既に豊富な実験データのあるCDF/Tevatron実験でのヒッグス探索結果を纏め上げることである。二つ目は、そのCDF実験での結果、経験...本研究費を軸に達成すべき点は大きく二つある。一つ目は現行で世界最高エネルギー加速器であり、かつ既に豊富な実験データのあるCDF/Tevatron実験でのヒッグス探索結果を纏め上げることである。二つ目は、そのCDF実験での結果、経験、知識、技術を次世代エネルギーフロンティア実験であるATLAS/LHC実験に繋げ、本格的にヒッグス粒子発見(存在しない場合は早急な棄却)に役立てることである。一つ目の課題は、WH->lvbbbarというCDF実験でのエネルギースケールで最も発見能力の高い生成崩壊過程を2.7/fbの高統計データで解析することにより実行した。未だ発見に至ることはできなかったが、95%の信頼度で標準理論の5倍以上の生成断面積を棄却することに成功した。また、ATLAS/LHC実験で重要となるヒッグス粒子がττに崩壊する過程をCDF実験でも積極的に行い、その汎用性と限界を探ることができた。二つ目の課題に関しては、本研究費でCERNに出張し、現地実験責任者など多数の研究者と議論することができ、ついに2009年10月に早稲田大学が正式にATLAS/LHC実験に参加承認がなされた。また、ヒッグス粒子探索にもっとも重要なτ粒子の同定効率の改善やb quarkの精密なエネルギースケール測定の提案も行っており、既に研究室学生2名が日本物理学会(2010年3月岡山大学)で発表をし、初段階の成果をおさめている。総括すると、本研究課題は、現在の素粒子物理学の中で最も重要なヒッグス粒子探索の実行性を高めるために有用に役立てることができ、さらに論文出版、学会発表などその成果実績も十分足るものだと思っている。今後はこの研究結果をさらに発展させ、引き続きヒッグス探索についてCDF/ATLAS実験双方の利点を生かした研究を進め、ヒッグス粒子発見へ向けて主導的役割を担いたいと考えている。

アトラス実験での高速飛跡トリガーシステムの構築を軸とした新現象探索の研究

2009年度

研究成果概要:本特定課題研究でなすべきことは、ATLAS/LHC実験での高速飛跡トリガーシステム(FTK)開発をすすめ、ハドロンコライダー特有の雑音事象が非常に多い環境下、意味のある物理データを高速かつ効率よく収集することを可能にすることである...本特定課題研究でなすべきことは、ATLAS/LHC実験での高速飛跡トリガーシステム(FTK)開発をすすめ、ハドロンコライダー特有の雑音事象が非常に多い環境下、意味のある物理データを高速かつ効率よく収集することを可能にすることである。このためにも約1年がかりで早稲田大学が正式にアトラス実験に参入する交渉を進め、ついに2009年10月スペイン・バルセロナでの全体会議にて正式に承認された。それをうけ、本課題を本流で進めることが可能となった。この研究開発で最も重要なパラメータの一つが実行時間である。いうまでもなく、トリガーシステムはオンラインで行われており、実行時間の遅れは貴重なデータを捨てることに直接つながるからだ。その点で、まず早稲田大学が現状のVMEボードスペックでは数十μ秒という要請をクリアできないことを証明し、ピサ大学で行われているエレクトロニクス開発に対する大きなフィードバックを行った。その結果、現行提案しているデザインで実行時間は3x10^34という極めて高いルミノシティーでも、平均約24μ秒で処理が可能なことがわかった。こういった主導的な役割を果たしながら、2009年度は日本物理学会で二つの研究発表を行うことができた。またハードウェアデザインや物理パフォーマンス、実行時間や予算概算など全ての情報を含んだ93ページにも及ぶTechnical Proposalを完成させ、2010年3月8日の段階でアトラス検出器のupgrade全般を取り仕切るUSG(Upgrade Steering Group)とトリガー・データ収集を包括するTDAQグループに提出し、現在鋭意レビュー中である。数か月後の最終承認に十分な加速をつけることができた。このシステムが完成すると、エネルギーフロンティアでの新しい物理描像が明確になる可能性が極めて高く、今後も2009年度の経験、実績をさらに発展させていくつもりである。

ガス・液体アルゴンを用いたタイムプロジェクションチェンバーの基礎開発研究

2011年度

研究成果概要:究極の素粒子像、宇宙創成への問いに対し、高エネルギー加速器実験と相補的かつ重要な役割を果たす研究課題として1.暗黒物質の探索、2.陽子崩壊の観測、3.次世代ニュートリノ物理が挙げられる。本研究課題はこの3つの研究対象に対して、包括...究極の素粒子像、宇宙創成への問いに対し、高エネルギー加速器実験と相補的かつ重要な役割を果たす研究課題として1.暗黒物質の探索、2.陽子崩壊の観測、3.次世代ニュートリノ物理が挙げられる。本研究課題はこの3つの研究対象に対して、包括的なアプローチを可能とする「気体・液体アルゴン2相型のTPC(Time Projection Chamber)・光検出器」を構築し、安定かつ高効率で信号を得ることによって、新しい現象の探索感度を向上させることを目指している。まず、研究は10リットル容器を用いたシステムを学内に構築し、低温運転、2相型検出器の確立、純アルゴン中でのガス相での増幅、128nmという真空紫外光のシンチレーション光の検出基礎的な開発を行い、初期段階としてその全てを完遂することに成功した。特に2相型での宇宙線観測を確立、また純アルゴン中でGEM、wireを用いて増幅率1000近くを達成した。ただし、純アルゴン中では放電が早いため、高電圧が印加しにくいため、さらなる高増幅率の達成が難しい。それを容器内にコッククロフトウォルトン型の回路を挿入し、フィードスルーでの帯電電圧を下げることで解決できることがわかった。一方、将来的に陽子崩壊の物理感度の評価に欠かせないKaonとPionの識別能力の検証するため、250リットル容器(液体一相型)をJ-PARCでのビームラインに設置し、中型容器での運転、低温管理、高純度化に加え、多チャンネル読出しによる信号解析を行った。課題として浮き彫りになったのは、3次元読出し(2次元平面+ドリフト方向)の重要性である。これはテクニカルには、容器内での電場の非一様性による信号のバラつきを評価するために非常といえ、またdE/dXでの粒子識別における行程長の精密測定に影響する。これは次の開発の大きな課題であり、今年度の2回目の実験提案の基礎となるものとなった。これまでに得た成果は、論文と学会発表、学生の卒業・修士論文にすべて纏めた。

現在担当している科目

科目名開講学部・研究科開講年度学期
理工学基礎実験1A IIIブロック基幹理工学部2020春学期
理工学基礎実験1A IIIブロック創造理工学部2020春学期
理工学基礎実験1A IIIブロック先進理工学部2020春学期
理工学基礎実験1B IIIブロック基幹理工学部2020秋学期
理工学基礎実験1B IIIブロック創造理工学部2020秋学期
理工学基礎実験1B IIIブロック先進理工学部2020秋学期
基礎電磁気学 経営(1)創造理工学部2020秋学期
基礎物理学A 建築(1)創造理工学部2020春学期
物理入門 (応物)先進理工学部2020春学期
物理入門 (物理)先進理工学部2020春学期
物理入門 (応物) 【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020春学期
物理入門 (物理) 【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020春学期
応用物理学実験B先進理工学部2020通年
物理実験B先進理工学部2020通年
応用物理学実験B 【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020通年
物理実験B  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020通年
卒業研究先進理工学部2020通年
卒業研究【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020通年
卒業研究先進理工学部2020通年
卒業研究  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020通年
Graduation Thesis A (Physics)先進理工学部2020秋学期
Graduation Thesis A (Physics) [S Grade]先進理工学部2020秋学期
Graduation Thesis A (Applied Physics)先進理工学部2020秋学期
Graduation Thesis A (Applied Physics) [S Grade]先進理工学部2020秋学期
Graduation Thesis B (Physics)先進理工学部2020春学期
Graduation Thesis B (Physics) [S Grade]先進理工学部2020春学期
Graduation Thesis B (Applied Physics)先進理工学部2020春学期
Graduation Thesis B (Applied Physics) [S Grade]先進理工学部2020春学期
Current Topics in Physics先進理工学部2020秋学期
Current Topics in Physics先進理工学部2020秋学期
Current Topics in Physics先進理工学部2020秋学期
Current Topics in Physics [S Grade]先進理工学部2020秋学期
修士論文(物理応物)大学院先進理工学研究科2020通年
Research on Beam Applications大学院先進理工学研究科2020通年
高品質ビーム科学研究大学院先進理工学研究科2020通年
Research on Experimental Particle Physics大学院先進理工学研究科2020通年
素粒子実験研究大学院先進理工学研究科2020通年
Experimental High Energy Particle Physics D大学院先進理工学研究科2020集中講義(秋学期)
粒子実験特論D大学院先進理工学研究科2020集中講義(秋学期)
Advanced radiation measurements大学院先進理工学研究科2020秋学期
放射線情報処理特論大学院先進理工学研究科2020秋学期
放射線計測学特論大学院先進理工学研究科2020秋学期
Seminar on Experimental Particle Physics C大学院先進理工学研究科2020春学期
素粒子実験演習C大学院先進理工学研究科2020春学期
Seminar on Experimental Particle Physics D大学院先進理工学研究科2020秋学期
素粒子実験演習D大学院先進理工学研究科2020秋学期
Master's Thesis (Department of Pure and Applied Physics)大学院先進理工学研究科2020通年
高品質ビーム科学研究大学院先進理工学研究科2020通年
素粒子実験研究大学院先進理工学研究科2020通年
物理学及応用物理学海外特別演習A大学院先進理工学研究科2020通年
物理学及応用物理学海外特別演習B大学院先進理工学研究科2020通年
物理学及応用物理学海外特別演習C大学院先進理工学研究科2020通年
物理学及応用物理学海外特別演習D大学院先進理工学研究科2020通年
エネルギー・ネクストシステム・デバイス特論大学院基幹理工学研究科2020春学期
エネルギー・ネクストシステム・デバイス特論大学院創造理工学研究科2020春学期
エネルギー・ネクストシステム・デバイス特論大学院先進理工学研究科2020春学期
エネルギー・ネクストシステム・デバイス特論大学院先進理工学研究科2020春学期