2018 Fiscal Year Annual Research Report
Search for New Physics in Rare Kaon Decays
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16H06343
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山中 卓 大阪大学, 理学研究科, 教授 (20243157)
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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)
田島 靖久 山形大学, 学士課程基盤教育機構, 准教授 (50311577)
中家 剛 京都大学, 理学研究科, 教授 (50314175)
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)
笹尾 登 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任教授 (10115850)
鈴木 史郎 佐賀大学, 理工学部, 客員研究員 (50089851)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | K中間子 / 標準理論を越える物理 / CP対称性 / 稀崩壊 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
＊2015年に収集したデータを解析し、KL->pi0 nu nu-bar 崩壊の分岐比に対し、<3.0 x 10^{-9} (90% CL)の上限値を与えた。これは世界記録を10倍更新する結果である。結果は7月に韓国で開かれたICHEP2018国際会議で発表し、結果を投稿した論文はPhysical Review Lettersに掲載された。
＊中性子が直接電磁カロリメータに入射し、２つクラスターを作ることによる背景事象を削減するために、電磁カロリメータの2700本のCsIの結晶の上流面に4080個の半導体光検出器を接着する大改造を行った。上流面の半導体光検出器と下流面の光電子増倍管の信号の時間差から、50cm長のCsI結晶内での粒子の反応の深さを求め、反応の深さの違いから中性子とガンマ線を識別する。改造後に収集したデータを解析し、当初の目標の10倍よりもさらに高い能力で中性子を削減できるという暫定的な結果を3月の日本物理学会で発表した。
＊大地震の際にCsIの結晶がそれらを支えている円筒から飛び出すのを防ぐため、カロリメータ上流面を軽くて強い円盤で覆っている。上記の半導体光検出器をつけたことに伴い元の円盤が使えなくなったため、新たな円盤を作り直した。その際、周辺部の物質量を削減し、問題となっていたKL->2pi0の背景事象を削減した。
＊2018年度の初めと終わりのビームタイムに順調にデータを収集した。
＊その他、光半導体検出器の接着の試験や予備のCsI結晶を保管をするための乾燥室の除湿機が故障したため、除湿機を更新した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
＊2013年に収集したデータの解析では、背景事象が0.34+-0.16事象あった。しかし、ビームラインの改良、新たな検出器の追加、新たな解析方法の導入などによって、2015年のデータではそれらの背景事象を一桁下げることができた。感度が10倍に上がったにもかかわらず、背景事象が問題とならなかったのはそのためである。
＊半導体光検出器をCsI結晶の上流側につけ、下流の光電子増倍管との時間差を用いて中性子とガンマ線を識別するという手法は世界でも例がなく、実際どこまでできるかわからない点が多かった。そこで研究協力者の南條氏のリーダーシップのもと、この新たなプロジェクトを推進した。中性子や陽電子ビームを用いたビームテストを行い、科研費で雇用した特任研究員が中心となって半導体検出器のCsI結晶への接着方法を開発し、学振PDと大学院生によって半導体光検出器の読み出しと制御のための回路を開発した。準備期間は２年と短かったが、様々な試験をした甲斐があり、4千個の半導体光検出器の接着そのものは２ヶ月で終えることできた。さらに、その後のデータ解析で、中性子の排除能力が当初の予定の10倍を越えたことは大きな成功である。
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| Strategy for Future Research Activity |
＊まず、2016-2018年に収集したデータの解析を終え、新たな結果を発表する。このデータでは、崩壊領域を囲むガンマ線検出器を増強しており、上記の半導体光検出器はまだ導入していないが、解析手法によって中性子由来の背景事象をさらに抑制している。
＊2019年以降に収集したデータを解析する。このデータは半導体光検出器を導入した後に収集しているので、その能力を絞り出す手法を開発する。また、この新たな粒子識別能力を利用し、背景事象の源となっている中性子の理解を深める。
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