RESEARCH
希少な信号を探し始める前に、 検出器のすべての部分が設計通りに動くことを 確かめる必要があります。 私の研究では、個々の電子回路から 大型検出器システム全体まで性能を検証し、 ニュートリノ検出器を 信頼して運転できる状態へと仕上げていきます。
検出器を、物理のために準備する。 CERNでのDUNE検出器コミッショニング中に設置された Anode Plane Assembly（APA）の極低温電子回路。
WHY COMMISSIONING?
現代のニュートリノ検出器は、 人類がこれまでにつくってきた科学装置の中でも 特に複雑なもののひとつです。 数十万もの読み出しチャンネルが極低温環境で動作し、 一度検出器を密閉して液体アルゴンで満たしてしまえば、 内部の機器を修理することはほぼ不可能です。
そのため物理データを取得する前に、 個々のチップやセンサーワイヤーから 検出器モジュール全体に至るまで、 すべての構成要素が確実に動作することを 慎重に検証する必要があります。 検出器コミッショニングは、 「装置をつくる」段階と「科学的発見をする」段階をつなぎ、 精密に組み上げられたハードウェアを 信頼できる科学装置へと変えていくプロセスです。
私の研究は、 個々の検出器部品の性能評価から、 極低温環境で運転される大型検出器システム全体の コミッショニングまで、 このプロセスのさまざまな段階にわたっています。
OVERVIEW
検出器への搭載前に極低温電子回路を検証する 自動試験システムを開発し、 各部品が安定して動作することを確認します。
RTSへ →Detector Wire Analyzer（DWA）を用いて、 検出器の組み立て前に ワイヤーの健全性と張力を測定します。
DWAへ →極低温電子回路の設置とコミッショニング、 検出器性能の評価を行い、 大型検出器モジュールを運転に向けて準備します。
Cold Boxコミッショニングへ →自動化、インテリジェントな診断、 大規模化に対応した 次世代コミッショニング手法を探究します。
今後の展望へ →
TESTING EVERY COMPONENT
検出器を確実に動作させるための最初のステップは、 個々の部品の検証から始まります。 電子回路を検出器に搭載する前に、 それぞれのチップの特性を測定し、 安定して動作することを確認する必要があります。
この試験を効率的に行うため、 私は自動化されたRobotic Test System（RTS）を中心とする 極低温試験システムの開発とコミッショニングを行いました。 このシステムは、 DUNEのFront-End Mother Board（FEMB）に使用される Cold ADCチップを高精度かつ大量に試験するために 設計されたものです。
産業用ロボットアームが、 ADCチップを保管トレイから精密試験ソケットへ自動的に移動させ、 再現性の高い電気特性試験を行います。 この工程を自動化することで、 人の手による作業を大幅に削減するとともに、 多数の部品を一貫した条件で効率的に測定できます。
さらに私は、 液体アルゴン検出器内部の実際の動作環境に近い温度で 電子回路を評価するための極低温試験設備の設計・構築も行いました。 また、この極低温システムの設置・運転を担当する 学部学生の指導にも携わり、 Cold ADCの極低温特性評価を 日常的に実施できる試験体制へと発展させました。
LISTENING TO EVERY WIRE
検出器が最初のニュートリノ反応を記録するよりずっと前に、 すべてのセンサーワイヤーが 製造、輸送、設置の過程を損傷なく経てきたことを 確認する必要があります。 しかし数十万本ものワイヤーを 一本ずつ人の目で確認することは現実的ではありません。 そのため専用の診断システムが不可欠になります。
ハーバード大学での博士課程では、 Detector Wire Analyzer（DWA）の開発と解析に携わりました。 DWAはワイヤーに直接触れることなく その共振周波数を測定することで、 ワイヤーの機械的張力を求め、 検出器へ設置する前にその健全性を確認するシステムです。
この研究では、 検出器開発、信号処理、精密解析を組み合わせることで、 繊細なセンサーワイヤーを傷つけるリスクを抑えながら、 信頼性の高い品質保証を実現する手法を開発しました。
BRINGING THE DETECTOR TO LIFE
検出器性能を検証する最終段階は、 個々の部品がひとつの大型検出器モジュールとして 組み上げられた後に行われます。 CERNでは、DUNE検出器モジュールに Front-End Mother Board（FEMB）を設置し、 極低温での運転に入る前の コミッショニングに携わっています。
私の仕事には、 極低温電子回路の設置、 検出器の接続確認、 高電圧システムのコミッショニング、 ノイズ性能の評価、 そしてCold Box試験中の検出器動作の検証などが含まれます。 こうした試験を通して、 検出器モジュールが要求される性能を満たしていることを確認し、 地下実験施設への設置に向けた次の段階へ進みます。
検出器コミッショニングに携わる中で、 標準化された検証手順、 丁寧な記録、 そして体系的な性能モニタリングが いかに重要であるかを実感してきました。 ニュートリノ検出器がさらに巨大化・複雑化するにつれて、 こうした取り組みの重要性はますます高まっています。
LOOKING AHEAD
将来のニュートリノ検出器は、 現在の実験よりもさらに大型化し、 より高度で自律的なシステムになっていきます。 検出器が複雑になるほど、 コミッショニングを成功させるためには、 自動化、インテリジェントな診断、 そして再現性のある検証手順が より重要になっていきます。
私の研究では、 ハードウェア試験の自動化から、 検出器性能に影響を及ぼす前に 潜在的な問題を見つけられる高度なモニタリングシステムまで、 コミッショニングをより効率的で、 大規模化に対応でき、 かつ信頼性の高いものにするための 技術開発を目指しています。
最終的な目標はシンプルです。 検出器が、そのためにつくられた科学的発見を 確実に実現できる状態にすること。
RESEARCH PHILOSOPHY
科学的発見は、 最初の物理イベントが記録された瞬間から 始まるわけではありません。 それよりずっと前、 丁寧なエンジニアリング、 厳密な性能検証、 そして一つひとつの部品が 設計通りに動作しているという確信から始まります。 自動試験システムの開発、 検出器ワイヤーの検証、 大型検出器モジュールのコミッショニング。 どの段階においても、 私の研究の根底にあるのは、 「信頼できる装置こそが、 信頼できる科学の基盤である」 という考えです。