Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
中性子のベータ崩壊は原子核と比べて核構造に由来する不定性が無いため、例えばベータ崩壊ニュートリノ・電子角相関項の精密測定は素粒子標準模型を検証する良いプローブとなる。実際の実験では、ベータ崩壊ニュートリノ自体を測定することはできないので、1keV未満の反跳陽子を調べることになるが、そのような低エネルギー荷電粒子のエネルギースペクトルが取得できるかどうかが鍵となる。本研究では、超伝導検出器による低エネルギー粒子の直接計測実験の可能性を明らかにすることを目的とし、未解明となっている、低エネルギー荷電粒子が検出器の金属電極に衝突した際のエネルギー付与のメカニズムと応答特性の解析、モデルの構築を行う。
本研究では、中性子ベータ崩壊のニュートリノ・電子角相関項を決定するための、反跳陽子のエネルギースペクトル測定実験を念頭に、超伝導トンネル素子（STJ）などの高感度な超伝導検出器を用いた精密測定実験の可能性を明らかにすることを目的としている。具体的には、エネルギーが極めて低い陽子をSTJ検出器に入射した場合について応答や、今後の大規模な実験の可能性の議論や課題の抽出などについて研究を行った。これまでに、陽子を発生するイオン源と超伝導検出器を納めた冷凍器の間の経路で磁場をかけ、陽子の軌道を曲げてコリメートすることでエネルギーを選択できるようにした実験セットアップ構築を進めた。所望のエネルギーの陽子を選択できる見込みを得ていたが、冷凍器の冷却に問題が残っており、検出器の応答を確認するまでには至っていない。セットアップ設計で得られた知見に基づき、数値解析等による考察は続ける予定である。一方、中性子ベータ崩壊のような希現象では特に、超伝導検出器の大面積化が大きな課題となる。実験の可能性を広げるには、検出器だけでなく、信号処理回路にも超伝導エレクトロニクスを利用することが有効であると考え、アレイ化した検出器の後段の信号処理に単一磁束量子を利用することを想定した研究を進めた。検出器アレイから応答位置の情報を生成する回路をケーススタディとして、要求に応じて複数の回路構成法を検討した結果、回路がより簡単な非同期式、高フラックスレートに対応できる同期式、及びそのハイブリッド構成が候補となり、詳細設計を進めて比較検討を行った知見は2報の論文としてまとめた。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2021 2020 2019 Other
All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results, Peer Reviewed: 2 results) Presentation (2 results)
IEEE Transactions on Applied Superconductivity
Volume: 31 Issue: 1 Pages: 2500205-2500205
10.1109/tasc.2020.3013385
Volume: 31 Issue: 4 Pages: 1300106-1300106
10.1109/tasc.2021.3065000
