| Project/Area Number |
21H04995
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Broad Section B
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
南條 創 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (40419445)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野村 正 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (10283582)
松村 徹 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 准教授 (00545957)
田島 靖久 山形大学, 学士課程基盤教育院, 教授 (50311577)
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| Project Period (FY) |
2021-07-05 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥185,510,000 (Direct Cost: ¥142,700,000、Indirect Cost: ¥42,810,000)
Fiscal Year 2024: ¥27,820,000 (Direct Cost: ¥21,400,000、Indirect Cost: ¥6,420,000)
Fiscal Year 2023: ¥40,560,000 (Direct Cost: ¥31,200,000、Indirect Cost: ¥9,360,000)
Fiscal Year 2022: ¥37,830,000 (Direct Cost: ¥29,100,000、Indirect Cost: ¥8,730,000)
Fiscal Year 2021: ¥61,880,000 (Direct Cost: ¥47,600,000、Indirect Cost: ¥14,280,000)
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| Keywords | フレーバ物理 / K中間子稀崩壊 / 物質宇宙の起源 / CPの破れ / 稀崩壊 / 物質優勢宇宙の謎 / CP対称性の破れ / 中性K中間子の稀崩壊 |
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| Outline of Research at the Start |
“なぜ宇宙が物質ばかりで、反物質がほとんどないのか”という謎を解明する素粒子の新しい物理を探索します。現在最も信頼できる素粒子標準理論でもこの物質優勢宇宙は説明できず、別の新しい機構が必要とされています。この解明を目指し、粒子反粒子の対称性を破る中性K中間子の崩壊を探索します。我々はこの目的でJ-PARC加速器を用いてKOTO実験を推進し、すでに世界最高感度に到達しています。本研究計画では、実験装置を改良し、新たにわかった背景事象を削減し、実験感度を1桁向上することで、新物理に迫ります。
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| Outline of Annual Research Achievements |
KOTO実験では、物質ばかりの宇宙のなぞに迫るべく、中性K中間子のCPを破る崩壊を探索している。この主要な背景事象に、荷電K中間子の崩壊があることがわかったので、この削減に取り組んでいる。荷電K中間子を検出して事象を排除するためには、中性ビーム中に荷電粒子検出器を設置する必要がある。中性粒子が散乱されると別の背景事象が増えるので、低物質量ながら、高感度の荷電粒子検出器が必要である。このため、厚さ0.2mmのプラスチックシンチレータを用いた超低物質量荷電粒子検出器を考案した。2021年度は、この低物質量荷電粒子検出器の基礎となる、厚さ0.2mmのプラスチックシンチレータ、シンチレーション光の集光機構、光電子増倍管の基礎研究を行い、99.9%以上の検出効率を得られる目処がたった。2022年度以降に実機を開発する基礎となった。さらに、磁石により荷電K中間子をビームの外へ排除する計画で、これに必要な1Tに迫る磁場の永久磁石を設計し準備した。また、2022年度に加速器増強を終え、より高いビーム強度による実験を行う予定であり、それに合わせてKOTO実験のデータ収集システムを更新する。より高速にデータを受けとり、処理することができる計算機を用意し、GPUを用いた高速データ処理の研究を行った。また2021年に取得したデータの解析を進め、荷電K中間子背景事象を含む背景事象の評価を進めた。さらに、荷電π中間子がKOTO検出器と相互作用する際に、中性子が発生し、この中性子により検出器のヒットレートが上昇している可能性があるとわかった。この仮説を検証し、対応作を検討し、より高い効率でデータを取得できる可能性がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
超低物質量荷電粒子検出器の開発が予定どおり順調に進んだ。ビームライン下流の永久磁石の準備を前倒しで進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度の研究を基に、2022年度には実機サイズの超低物質量荷電粒子検出器を製作し、性能を評価し、実機を製作しKOTO実験に導入する予定である。また、2022年度には、永久磁石と組み合わせて、磁場を整える磁気回路の設計と製作を行い、2023年度にKOTO実験に導入する予定である。データ収集システムを完成させ、2023年に強度増強されたビームによる実験を行う。このデータを解析し、中性K中間子の稀崩壊を探索する。また、荷電π中間子起源の中性子の削減を検討する。
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| Assessment Rating |
Interim Assessment Comments (Rating)
A: In light of the aim of introducing the research area into the research categories, the expected progress has been made in research.
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