2018 Fiscal Year Annual Research Report
Quest for new physics beyond the Standard Model by the muon-to-electron conversion
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17J07754
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
森津 学 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, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | ドリフトチェンバー / ガス検出器 / ミューオン / ミューオン・電子転換 / レプトンフレーバ非保存 / J-PARC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究では、昨年度に引き続いて円筒型ドリフトチェンバー（CDC）実機の宇宙線を用いた性能評価試験を進めた。CDCの性能評価試験は3段階に分けて実施する計画であり、第1段階ではCDCの一区画の約300読出チャンネルのみを使用し、最小限のセットアップで読出し回路とデータ収集系の構築および解析手法の確立を実現した。第２段階では、読出し領域を拡張しCDCの長期安定運転のための基盤システム（電源供給、トリガー信号分配、多チャンネル光読出し）を構築するとともに、CDCの詳細な性能評価を進めることを目的としている。本年度は昨年度に引き続きシステム開発と解析を進め、CDC性能評価の第２段階を完結して最終段階に移行する道筋を示した。特に、多チャンネル読出しに対応するための懸案事項であったトリガー分配回路システムの拡張と電源供給システムの構築に尽力し、現実的なシステムの導入と安定運転を実現した。これによって読出し領域を昨年度の３倍に拡張してデータ収集をおこなうことに成功した。また、CDCの放電による瞬間的過電流のダメージから読出しフロントエンド回路を保護するための保護抵抗の導入も実施した。試作機によってCDCの性能への悪影響がないことを確認している。現在までに位置分解能170 um以下、検出効率95%以上を達成している。今年度はさらにCDCのワイヤー位置のアラインメント解析にも着手した。これまでのところワイヤー位置に大きなミスアラインメントはないことを確認している。また、宇宙線の入射角度やCDCセル形状の依存性の解析も進めているが、現在の読出し領域では入射角度が依然として限定的であり、詳細な評価にはデータが不十分であることもわかっている。来年度は早期にCDCの全領域4986チャンネルを読出し、完全な状態でのデータ収集をおこなえるように準備を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は昨年度に引き続きCOMET実験に用いる円筒型ドリフトチェンバー（CDC）検出器の性能評価試験を実施した。これまでの暫定的な読出しシステムから脱却し、実際の運転に向けた多チャンネルのシステムを構築した事で、フルセットアップでの本格運転に向けて研究を大きく前進させた。トリガー分配回路の拡張においては海外の共同研究者とともに評価試験を主導し、実機への実装にこぎつけた。また、CDCのセットアップをトリガーグループやデータ収集グループの開発のためのテストベンチとして提供するなど、多様なサブグループとの協奏の場も産みだし他研究者への支援を実現している。
当初に計画していた研究のみに留まらず、本年度からは来るべきCOMET実験の物理測定を見据えて背景事象についての検討も開始した。特に、将来的に深刻な背景事象になる懸念があるがこれまであまり重視されてこなかった反陽子起因の背景事象に着眼し、問題点を議論した。過去の実験データのない８GeV近傍における反陽子生成断面積を直接測定する実験計画を立案中である。これによって実データに基づいた信頼性の高い見積りを示すことができ、COMET実験の感度向上につながる。この研究は独自の着想に基づき実験計画を提案しているもので強い主体性を発揮して推進している。
今年度は国際会議でCDCの開発とCOMET実験について２件の発表をおこなっており、国際的な場での成果発信を強く意識している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は引き続き円筒型ドリフトチェンバー(CDC)実機の宇宙線を用いた性能評価試験を進める。この試験は3段階に分けて実施する計画である。これまで第1段階でのデータ収集セットアップの確立と実証試験、第2段階での読出チャンネル数を拡張したCDCの基本性能の評価試験を完了した。検出効率、位置分解能、ドリフト距離と到達時間の関係等の基本特性が要求を満たしていることを確認した。また電圧、電流、温度、圧力などの情報を制御、監視 、記録するシステムも構築してきた。読出し回路への電源供給システムやトリガー分配システムもこれまで用いてきた暫定的なシステムから本実験での使用に耐え得る大規模なシステムを構築してきた。本年度は最終段階である第3段階に移行する。第3段階では4986チャンネル全部を読出し、本実験と同様の状態で長期間のデータ収集をおこなう。CDCの全領域の高統計のデータを使うことで、これまで評価が十分ではなかった宇宙線の入射角度やセルの形状依存性についても詳細な研究が可能となる。本実験と同様の状態での長期運転を確立し、J-PARCへの移送と検出器ソレノイド磁石へのインストールへ向けて本格的な準備をおこなう。
また、並行して本実験における背景事象の評価についても反陽子起因背景事象を中心に引き続き検討を進める。
本研究で得られた研究成果は、実験グループ内のコラボレーションミーティングや国内外の物理学会等で適宜報告をおこなうとともに、開発の集大成として論文への投稿を目指す。
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