Promotion of muon particle physics in an international framework

• Project/Area Number: 22K21350
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (International Leading Research )
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 三原 智 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, 教授 (80292837)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大谷 航 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 准教授 (30311335) ; 北野 龍一郎 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, 教授 (50543451) ; 三部 勉 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, 教授 (80536938)
• Project Period (FY): 2022-12-20 – 2029-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥680,160,000 (Direct Cost: ¥523,200,000、Indirect Cost: ¥156,960,000); Fiscal Year 2028: ¥59,150,000 (Direct Cost: ¥45,500,000、Indirect Cost: ¥13,650,000); Fiscal Year 2027: ¥67,600,000 (Direct Cost: ¥52,000,000、Indirect Cost: ¥15,600,000); Fiscal Year 2026: ¥75,920,000 (Direct Cost: ¥58,400,000、Indirect Cost: ¥17,520,000); Fiscal Year 2025: ¥115,960,000 (Direct Cost: ¥89,200,000、Indirect Cost: ¥26,760,000); Fiscal Year 2024: ¥146,120,000 (Direct Cost: ¥112,400,000、Indirect Cost: ¥33,720,000); Fiscal Year 2023: ¥111,540,000 (Direct Cost: ¥85,800,000、Indirect Cost: ¥25,740,000); Fiscal Year 2022: ¥103,870,000 (Direct Cost: ¥79,900,000、Indirect Cost: ¥23,970,000)
• Keywords: 大強度ミューオンビーム / ミューオン冷却 / ミューオン加速 / ミューオン崩壊粒子測定技術 / ミューオンコライダー / ミューオン / レプトンフレーバー

Outline of Research at the Start

本研究では、新たに構築する国際協力体制によりミューオン素粒子物理を強力に推進する。3つの世界最高感度のミューオン素粒子実験であるg-2/EDM実験、MEG II実験、COMET実験において新物理発見を目指すとともに、大強度・高輝度ミュー オン源と測定技術の開発を行い、新物理全容解明を可能にする次世代実験の実現を目指す。更には、こういった国際的な共同研究を通じて次世代実験を担う優秀な若手人材の育成も実施する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、新たに構築する国際協力体制によりミューオン素粒子物理を強力に推進するべく研究を開始した。3つの世界最高感度のミューオン素粒子実験で新物理発見を目指すとともに、大強度・高輝度ミューオン源と測定技術の開発を行い、新物理全容解明を可能にする次世代実験の実現を目指している。一連の研究過程を通じて次世代実験を担う優秀な若手人材の育成を図ることも主要な目的である。
2022年度は研究開始年度にあたり、研究を推進するための体制づくりを中心に行った。研究の４つ柱である、大強度ミューオンビームに関連した技術開発、ミューオン冷却・加速技術の開発、ミューオン崩壊粒子測定技術の開発、新物理理論と将来のミューオンコライダーの理論研究において、本研究の研究費により若手人材の雇用を行なう準備を進め、大学院生も含めて本研究に参加する若手研究者が研究に集中できる環境の整備を実施した。
具体的な研究成果としては、大強度ミューオンビームに関連した技術開発においては、J-PARCにて8GeV陽子によるパイ中間子の後方生成試験を実施しパイ中間子の崩壊粒子としてミューオンが実験室に輸送されていることを確認した。ミューオン冷却・加速技術の開発においては必要となるレーザー関連設備の整備を精力的に進め、深紫外レーザー(244nm)を用いて分光する実験の準備を進めている。ミューオン崩壊粒子測定技術の開発においては、μ→eγ崩壊によって生じるガンマ線を捉えるための液体キセノン検出器の整備を実施した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究開始直後から、海外研究機関への派遣行いつつ、海外協力研究者らの来日を促し国際共同研究を活発に推進している。2022年度には、2名が短期の海外渡航を行い、日本国外からは大学院生、ポスドク研究者を含めて30名を超える来日があった。
日本国内で若手研究者が研究を実施するために要となる環境の整備、PSI研究所における研究環境の整備は着実に進展しており、本研究の研究費で若手研究者の雇用を開始すれば速やかに研究に集中できる環境が整いつつある。

Strategy for Future Research Activity

2023年度からは若手人材の雇用を開始し、研究の4つの柱で研究を本格化させる。2023年度には若手研究者らが海外の研究機関に長期滞在して研究を遂行する派遣を実施し、海外協力研究者と協力して研究を遂行する。このため、大強度ミューオンの生成技術の開発においてはビーム生成に必要となる遮蔽体の整備を進め、ミューオン冷却・加速技術の開発においてはミューオン冷却セルの製作、ミューオン崩壊粒子測定技術の開発では光センサーの開発を行なう。理論研究においてはミューオン物理を通してTeVスケール物理を探る手法に関して若手研究者・シニア研究者が一体となって研究を実施する。
また、2023年度には本研究の研究代表者と研究分担者が国際組織委員として準備してきたミューオン物理に関する国際会議が欧州で複数開催される。こういった国際会議の舞台で若手研究者らにこれまでの研究成果について講演を行なうよう促すとともに、会議に参加して豊かな国際性を早い段階から身につけていくことを目指す。とりわけ2023年10月には東京大学－高エネルギー加速器研究機構－PSIの研究者を参加者とする研究会をスイスで開催することを計画しており、本研究に参加する多くの若手研究者が参加が期待されている。

Research Products

• [Int'l Joint Research] INFN Pisa/INFN Rome/INFN Genova(イタリア)
• [Int'l Joint Research] JINR/BINP(ロシア連邦)
• [Int'l Joint Research] IIT-Bombay(インド)
• [Int'l Joint Research] IBS/Sungkyunkwan university(韓国)
• [Int'l Joint Research] PSI/ETH(スイス)
• [Int'l Joint Research]
• [Presentation] J-PARC muon g-2/EDM実験：クロック・トリガー分配用ボードの開発 (2023)
  • Author(s): 岡崎佑太
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] J-PARC muon g-2/EDM実験のためのイオン化レーザーの開発 (2023)
  • Author(s): 上岡修星
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] COMET実験のためのストロー飛跡検出器の実機建設およびフロントエンド回路の較正 (2023)
  • Author(s): 東出公晃
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] MEG II実験2022年物理ランにおける液体キセノンガンマ線検出器光センサー較正および時間分解能評価 (2023)
  • Author(s): 松下彩華
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] MEG II実験・液体キセノン検出機の較正および2023年ランにむけたアニーリングについて (2023)
  • Author(s): 潘晟
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] μ+ → e+ γ探索実験MEG II Run 2022のまとめと今後の展望 (2023)
  • Author(s): 内山雄祐
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] MEG II実験背景事象抑制に向けたDLC-RPC検出器の開発 -新型電極設計の最適化 (2023)
  • Author(s): 李維遠
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] MEG II実験背景事象抑制に向けたDLC-RPC検出器の開発 －実機で期待される性能－ (2023)
  • Author(s): 山本健介
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Remarks] J-PARC muon g-2/EDM experiment
  • URL: https://g-2.kek.jp
• [Remarks] mu-e conversion search at J-PARC COMET experiment
  • URL: https://comet.kek.jp
• [Remarks] MEG II 実験
  • URL: http://www.icepp.s.u-tokyo.ac.jp/meg/index.html