2017 Fiscal Year Research-status Report
ミュオニウム―反ミュオニウム変換探索実験の原理実証
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16K13810
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
河村 成肇 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特別准教授 (60311338)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 標準理論を超えた物理 / ミュオン / レプトン数非保存 / 超低速ミュオンビームライン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ミュオニウム（正ミュオンと電子の２体系）-反ミュオニウム（負ミュオンと陽電子の２体系）振動の観測を目指す実験手法の原理実証を目的とする。素粒子標準理論では禁止されるこのレプトン数非保存の事象が発見された場合、標準理論を超えた新しい物理事象の直接的な証拠となる。現在、世界の大型ミュオン施設で実施されている・されようとしている実験は超対称性理論などで予言されたレプトン数の非保存が１の事象であるのに対し、本研究では同時に２つのレプトン数を破るエキセントリックな事象であり、より将来を見据えた研究と言える。
平成２９年度は負ミュオンの崩壊後の電子を捉えるための検出器の整備を行った。反ミュオニウムが生成された場合、それを分離してできる負ミュオンの輸送系及び負ミュオン検出器(MCP)の整備を平成２８年度に実施した。ミュオンビームを用いた実験を実施し、主たる背景事象がミュオニウム生成標的近傍で止まった正ミュオンの崩壊からの陽電子であることが判明した。そこで、負ミュオン検出器の周りを飛跡を追跡できる電子検出器で囲うことで、検出された電子・陽電子の発生場所を決定し、アクシデンタル・コインシデンスを抑制し、さらなるバックグラウンドの低減が可能となる。
負ミュオン検出器からの電子と、ミュオニウム生成標的からの陽電子を区別するために必要な検出器のセグメント数や配置などをシミュレーションにより決定し、負ミュオン検出器を収納した真空チェンバーの周囲の具体的な配置などを検討し、検出効率を最適化した電子検出器を製造した。現在、既存の半導体光電素子(MPPC)・データ収集系と組み合わせ、バイアス電圧の調整などを実施し、ビーム実験への準備を進めている。
平成２８年度に検証したビームラインと今年度の電子検出器を組み合わせることで、現在の検出下限の記録を超えた実験が可能となる。
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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
平成２８年度に先行して実施したビーム試験の結果を受けて、電子検出器の開発を進め、当初の予定通り平成２９年度中に開発をほぼ完了することができた。これは、ビーム試験を先行させて、背景事象の主たる原因の特定とその対策の検討を事前に行うことができたことによるところが大きい。当初計画では、ミュオニウム生成標的の材質の選定などを行うことも考えられたが、平成２８年度のビーム試験で、シリカエアロゲル標的が十分に満足のいくものであることが確認されたことにより、電子検出器の開発に集中することが可能であった。
モンテカルロシミュレーションの実施による概念設計、検出器本体（プラスチックシンチレータ）の形状・光輸送経路（波長変換器と光ファイバー）の検討、真空容器への取り付け実装方法の検討などを行い、現在、回路やデータ収集系などの調整・最適化を行っており、平成３０年度のビーム試験に向けて順調に準備を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２９年度に開発した電子検出器を実際のビーム試験で使用し、その効果を確認する。これにより、本研究で原理実証を目指す手法がミュオニウム―反ミュオニウム変換探索において極めて有効なものであることが証明される。
より詳細な解析を進めるとともに、結果の発表に努める。
また、実際の探索実験では、反ミュオニウム乖離用の大強度真空紫外レーザーや、高効率の負ミュオン輸送用ビームラインなどが必要となるが、J-PARCミュオン実験施設で展開する超低速ミュオン顕微鏡と類似の技術を用いることが可能と考えられる。超低速ミュオン顕微鏡で得られた経験などをもとに、実際の探索実験の実現に向けた検討を進めたい。
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