革新的な実験手法を用いたミューオン・電子転換過程探索の進展

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H01128
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 青木 正治 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (80290849)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三宅 康博 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, 教授 (80209882) ; 清矢 良浩 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (80251031)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 素粒子実験

Outline of Annual Research Achievements

2017年に実施した高バースト耐性MWPCの読み出し回路改造とガス構成最適化に加えて、バースト後に発生する遅延雑音を抑えるため、さらなるガス構成の最適化を行なった。イオンの荷電交換を促進するガス(R-134aなど)を加えることによって、遅延雑音を大幅に低減できることがわかった。
J-PARC MLF D2エリアに、電磁石とこれまでの改良を施して高度化した飛跡検出器を設置して、2017年と同じ手法によるミューオニック炭素原子からのDecay-in-Orbit (DIO)のスペクトル測定を実施した。検出効率の大幅な改善などもあって、2017年に取得したミューオニック炭素原子DIOデータの統計を8倍ほど改善することができた。現在、鋭意解析中である。
また、本MWPCを長期間保管中に、センスワイヤーが破断してしまう事象に遭遇した。MWPC製造元との共同調査の結果、ワイヤーとフレームの熱膨張係数に違いがあることなどから、室温が急激に変化した場合にワイヤー張力が増加することがわかった。これがワイヤー破断の直接的な原因と断定するには至らなかったが、本作MWPC4台全てに対して、センスワイヤーの張力を下げる改造を行った。本MWPCは、高速でガスゲインのダイナミックな調整を実現するために、ワイヤーの晒される力学的な環境は大変に厳しい。物理測定への悪影響を防ぐために、ワイヤー破断事象への対策をさらに高度化する必要が認識された。
ミューオン・電子転換過程探索測定では、電子スペクトロメータの運動量を正確に校正する必要がある。そこで、Hライン中間部に校正用試料ホルダーを設置し、正ミューオンやパイオンが発生する運動量のわかった陽電子を用いて電子スペクトロメータの校正を行う方法を開発した。Hラインに実装するための校正用試料ホルダーの製造も行った。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

物理測定に使用するビームライン（Hライン）の完成が遅れているために、ミューオン・電子転換過程の測定には着手できていない。
物理測定に使用する検出システムの基本的な開発は完了している。読み出し回路の改造やガスの最適化行なった。遅延雑音も、R-134aなどのガスを混合することによって抑制できることがわかった。R-134aの代わりにメチラールガスなどを混合する方法を検討しているが、これらはより高い品質で物理データを収集するための高度化作業である。
物理測定の開始に向けて、電子スペクトロメータ運動量を校正するための機器の開発整備を進めている。また、ビームラインが完成し次第ビームコミッショニングを効率的に実施するため、パルスビームでの使用に最適化されたビームプロファイルモニターの開発も行っている。
このように、一旦ビームラインが完成すれば、効率的に物理測定を実施できるように準備を進めている。

Strategy for Future Research Activity

ビームラインが完成し次第、効率的に物理測定を遂行して成果を創出できるように、以下に示すような準備を進める。
1) 一般的には、物理測定データをフィードバックしながら検出器の高度化をはかることができれば、改良するべき部分も明確になるので効率的である。しかしながらその方法では時間がかかるので、ビームライン完成を待たずに可能な限り検出器を高度化して、短期間で効率的に物理測定を実施できるように備える。
2) J-PARC MLF で使用するパルスビームの特性に合わせた新型のビームプロファイルモニタを開発し、効率的なビームコミッショニングに備える。
3) DIOデータ解析の高度化を推し進め、ミューオン・電子転換過程データの解析に必要な時間の短縮をはかる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] TRIUMF/UBC(カナダ)
  • Country Name: CANADA
  • Counterpart Institution: TRIUMF/UBC
• [Journal Article] New concept for a large-acceptance general-purpose muon beamline (2018)
  • Author(s): Naritoshi Kawamura, Masaharu Aoki, Jacob Doornbos, Tsutomu Mibe, Yasuhiro Miyake, Fumiaki Morimoto, Yohei Nakatsugawa, Masashi Otani, Naohito Saito, Yoshihiro Seiya, Koichiro Shimomura, Akihisa Toyoda, and Takayuki Yamazaki
  • Journal Title: Progress of Theoretical Experimental Physics Volume: 2018 Pages: 113G01
  • DOI: 10.1093/ptep/pty116
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Improved Search for Heavy Neutrinos and a Test of Lepton Universality in the Decay π+ → e+ ν (2018)
  • Author(s): R.E. Mischke, A. Aguilar-Arevalo, M. Aoki, M. Blecher, D.I. Britton, D. vom Bruch, D.A. Bryman, S. Chen, J. Comfort, S. Cuen-Rochin, L. Doria, P. Gumplinger, A. Hussein, Y. Igarashi, S. Ito, S. Kettell, L. Kurchaninov, L.S. Littenberg, C. Malbrunot, T. Numao, D. Protopopescu, A. Sher, T. Sullivan, D. Vavilov
  • Journal Title: A proceedings of CIPANP2018 Volume: CIPANP2018 Pages: 1809.10314
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ミュー粒子・電子転換過程探索実験DeeMeにおける背景事象評価 (2019)
  • Author(s): 新郷裕太, 志垣賢太, 山本風海, 青木正治, 長尾大樹
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] ミュオン電子転換過程探索実験--DeeMe--：準備状況(11) (2019)
  • Author(s): 手島菜月, 青木正治, Douglas Bryman, 河村成肇, 金正倫計, 牧村俊助, 明午伸一郎, 三部勉, 三原智, 三宅康博, 長尾大樹, 中津川洋平, 名取寛顕, 西口創, 沼尾登志男, Pranab Saha, 齊藤直人, 清矢良浩, 志垣賢太, 下村浩一郎, 新郷裕太, Patrick Strasser, 高橋拓也, Nguyen Minh Truong, 山本風海, 山本和弘, 山崎高幸, 吉中晴香, 他9名
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] ミューオン電子転換過程探索実験 主にDeeMe (2019)
  • Author(s): Masaharu Aoki
  • Organizer: Muon科学と加速器研究
  • Invited
• [Presentation] Status of the DeeMe Experiment (2018)
  • Author(s): Daiki Nagao on behalf of DeeMe Collaboration
  • Organizer: 20th Workshop on Neutrinos from Accelerators (NuFact2018)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ミュオン電子転換過程探索実験--DeeMe--：準備状況(10) (2018)
  • Author(s): 青木正治, Douglas Bryman, 河村成肇, 金正倫計, 牧村俊助, 明午伸一郎, 三部勉, 三原智, 三宅康博, 森本史明, 長尾大樹, 中津川洋平, 名取寛顕, 西口創, 沼尾登志男, Pranab Saha, 清矢良浩, 下村浩一郎, Patrick Strasser, 高橋拓也, 手島菜月, Nguyen Minh Truong, 山本風海, 山本和弘, 山崎高幸, 吉中晴香, 他12名
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] DeeMe実験におけるDIOスペクトル解析結果 (2018)
  • Author(s): 長尾大樹, 青木正治, 中津川洋平, 清矢良浩, 古谷優子, 吉中晴香, 名取寛顕, 山本和弘, 手島菜月, 森本史明, Nguyen Duy Thong, Nguyen Minh Truong, 河村成肇, 下村浩一郎, 西口創, 三原智, Patrick Strasser, 吉田学立, 元石尊寛, 新郷裕太, 齊藤直人, 三宅康博, 五十嵐洋一
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] J-PARC MLF ミューオンビームによる標的照射データを用いたμ-e電子転換過程探索実験 DeeMe の読み出しエレクトロニクスの較正とMWPCのヒットデータ解析 (2018)
  • Author(s): 吉中晴香, 青木正治, 清矢良浩, Nguyen Minh Truong, 長尾大樹, 中津川洋平, 名取寛顕, 西口創, 三原智, 手島菜月, 森本史明, 高橋拓也, 山本和弘, 吉田学立, 元石尊寛, 斎藤直人, 三宅康博, 下村浩一郎, 河村成肇, Patrick Strasser, 五十嵐洋一, 新郷裕太
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] μ-e転換過程探索実験DeeMeに用いられる高レート耐性MWPCの性能評価と充てんガス最適化 (2018)
  • Author(s): 手島菜月, 青木正治, 阿部尚也, 清矢良浩, 高橋拓也, 高橋俊晴, Nguyen Minh Truong, 長尾大樹, 中津川洋平, 名取寛顕, 西口創, 三原智, 山本和弘, 吉中晴香, 他DeeMeコラボレーション
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] DeeMe Experiment (2018)
  • Author(s): M. Aoki, D. Nagao, on behalf of DeeMe Collaboration
  • Organizer: Symposium for Muon and Neutrino Physics 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] mu-e conversion experiments in J-PARC (2018)
  • Author(s): Teshima Natsuki
  • Organizer: The 15th International Workshop on Tau Lepton Physics (TAU2018)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] DeeMe
  • URL: http://deeme.phys.sci.osaka-u.ac.jp