2018 Fiscal Year Research-status Report
Search for neutral and light new-particles through Kaon decays
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17K05479
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
小松原 健 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, 教授 (30242168)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | K中間子 / 崩壊 / 稀崩壊 / 新粒子探索 / フレーバー物理 / ダーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、中性K中間子の二体崩壊 KL→π0X0 で現れる、中性で軽い新粒子X0を探索しています。
通常の物質と相互作用せず寿命も長いために測定器で検出されずに通り抜けるボーズ粒子で、かつ中性π中間子π0に近い質量(116~152MeV)を持つX0を、大強度陽子加速器施設J-PARCのハドロン実験施設で行っている中性K中間子実験(KOTO実験)でKL→π0νν崩壊と並行して探索しています。KL→π0X0崩壊のシグナルは、KLのin-flight崩壊で生じるπ0で、missing energyに相当する横方向の運動量を持つのが特徴です。KOTO実験では、π0からの二つのガンマ線を前方の電磁カロリメータで測定し、電磁シャワーの位置とエネルギーから崩壊点と横方向運動量を再構成します。バックグラウンドとなるKL→π0π0崩壊は、KL崩壊からのextraなガンマ線のエネルギーが実験室系でboostされているため、崩壊領域を囲む測定器で検出し除去することが容易になります。KL→π0X0崩壊の探索は本研究でのみ行うことができ、B中間子やD中間子の実験よりも良い到達感度が得られます。それにより、“dark photons”“dark sectors”やダークマターの物理に対して、これまでの研究にはなかった観点で貢献します。
平成30年度は、KOTO実験がすでに取得している平成27-29年の物理データの解析を進めました。平成27年の解析をもとにしたKL→π0νν崩壊とKL→π0X0崩壊の探索の新しい結果を論文として出版しました。次の新しい結果を平成31年度中に公表する予定です。
また、ハドロン実験施設で6月に実施したビーム利用運転において物理データの収集を行い、秋に電磁カロリメータの増強を行った後、平成31年2月からのビーム利用運転でその性能確認を行っています。
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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
年度当初の見通しの通り、新しい結果を平成30年の夏に得て、年度内に原著論文をPhysical Review Letters誌に出版しました。探索の世界最高感度を十倍更新する結果を得ました。次の新しい結果を平成31年度中に得る見通しも立ち、研究の進展は当初の計画以上であると考えています。
平成30年度のビーム利用運転における物理データ収集の継続と電磁カロリメータの増強（本研究とは別の科研費で準備・実施したもの）も予定通りに行いました。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成31年度は、KL→π0X0崩壊の探索の次の新しい結果を得て公表するとともに、4月と5月に予定されているビーム利用運転においてKL→π0X0崩壊の物理データ収集を行い、収集したデータの解析を行います。
KOTO実験は、電磁カロリメータの増強により、カロリメータ内でのシャワーの広がりを三次元的に再構成して、ガンマ線に起因する電磁シャワーと中性子に起因するハドロンシャワーの分離ができるようになりました。その新しいカロリメータによる性能向上をフルに生かして、KL→π0X0崩壊の探索を継続します。
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| Causes of Carryover |
当該年度は旅費の支出を行わなかったために、次年度使用額が生じました。次年度の物件費（大容量保存用テープカードリッジ）と合わせて執行することで経費を有効に活用することにしました。
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