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KOTO実験を利用したinvisible粒子の探索

Research Project

Project/Area Number 17J02178
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

清水 信宏  大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords新物理探索 / K中間子 / ダークフォトン / 中性子識別 / カロリメータ / 素粒子物理学 / KOTO
Outline of Annual Research Achievements

本研究は,中性中間子であるπ0の崩壊を通じた検出器で直接観測できない粒子の探索を目的としている。その候補の一つであるダークフォトン(A')はπ0→γγ崩壊によって作られた光子とミキシングを起こす(γ→A')。消失した光子と対になる光子とπ0の運動量から,間接的にその存在を検証することが可能である。本研究では,π0中間子を大量に生成することが可能なKL→3π0崩壊を利用した。
A'の実験的測定は、観測可能な5つのγのヒット位置、エネルギーを測定することで行う。2019年度にかけ、A'の探索感度の向上のための研究を行ったが、結果的にその存在に対して優位に強い制限を与えることが難しいことがわかった。KL→3π0崩壊によって生成された、π0→2γが、検出器の中で不感になってしまうと、原理的に質量のない A'と同等な分布を作るためである。不感率を深く理解できていれば、その寄与を引くことにより、感度を向上させることも期待できたがシミュレーションによる方法以外に、それを保証する方法がなく、断念した。
一方、少し方向性を変え、KL→π0γという崩壊を探索した。この崩壊の特筆すべき点は, 角運動量を保存しない過程であるということである。KLとπ0は角運動量を持たない性質を持っているため,γの偏極が持つ角運動量を生成できない。ローレンツ不変性を破る崩壊であり, 未知の物理に対して感度をもつ。blind法を利用して事象選別の手法を決め, 信号領域の中の事象を調べた。信号事象の候補となる事象は発見されずKLがπ0γに崩壊する割合の上限値として<1.7×10^-7を90%の信頼水準で与えた。
γ→A'の探索は、検出器の不感率の理解が原理的に難しいために、優位な感度向上をするに至らなかったが、γ→A'崩壊の探索の過程で得た知見や、検出器の開発によって、多くの物理的成果を達成することができた。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Upgrade of the Cesium Iodide Calorimeter for the KOTO Experiment2019

    • Author(s)
      Shimizu Nobuhiro
    • Journal Title

      JPS Conf.Proc.

      Volume: 27 Pages: 011004-011009

    • DOI

      10.7566/jpscp.27.011004

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Search for KL→π0νν-bar and KL→π0X0 Decays at the J-PARC KOTO Experiment2019

    • Author(s)
      J. K. Ahn et al. (KOTO Collaboration)
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 122 Issue: 2 Pages: 021802-021802

    • DOI

      10.1103/physrevlett.122.021802

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Measurement of the tau Michel parameters ηbar and ξκ in the radiative leptonic decay τ-→l-ννγ2018

    • Author(s)
      N Shimizu, H Aihara, D Epifanov, et. al.
    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: 2 Issue: 2 Pages: 1-1

    • DOI

      10.1093/ptep/pty003

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] The upgrade of the KOTO Cesium Iodide calorimeter for the separation of γ and n2019

    • Author(s)
      Nobuhiro Shimizu
    • Organizer
      J-PARC symposium 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Search for the K_L→π^0 γ decay in the KOTO experiment2019

    • Author(s)
      Nobuhiro Shimizu
    • Organizer
      KAON 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Upgrade of the CsI calorimeter for the KOTO experiment2018

    • Author(s)
      Nobuhiro Shimizu
    • Organizer
      CALOR 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Upgrade of the CsI calorimeter for the KOTO experiment2018

    • Author(s)
      Nobuhiro Shimizu
    • Organizer
      PD2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] KL→π0γ 崩壊を通じた新物理探索2018

    • Author(s)
      清水信宏
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] KOTO実験を利用したインビジブル粒子の探索2018

    • Author(s)
      清水信宏
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] KOTO実験におけるCsI電磁カロリメータ アップグレードのためのMPPC検査システムの開発2017

    • Author(s)
      清水信宏
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Measurement of tau Michel parameters2017

    • Author(s)
      Nobuhiro Shimizu
    • Organizer
      Flavor Physics & CP Violation 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited

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Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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