2018 Fiscal Year Annual Research Report
Search for New Symmetry Violation in Leptons
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18H05226
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
飯嶋 徹 名古屋大学, 現象解析研究センター, 教授 (80270396)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
早坂 圭司 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (40377966)
角野 秀一 首都大学東京, 理学研究科, 教授 (70376698)
三部 勉 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 (80536938)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 素粒子物理学 / 対称性の破れ / レプトン / フレーバー物理 / 異常磁気能率 / 粒子識別装置 / ビッグデータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、素粒子現象における新しいレプトン対称性の破れを探索し、標準理論を超える新物理発見を目指す。特に、Belle II 実験におけるB 中間子崩壊でのレプトン普遍性の破れと、タウレプトン崩壊でのレプトンフレーバー保存則の破れを探求し、そのために必要な検出器の性能改良、ビッグデータ解析技術の開発を進める。さらに、Belle II実験の技術の応用や電子-陽電子衝突断面積の精密測定により、ミューオン異常磁気能率（g-2）測定実験の精度向上を図ることを目的としている。
H30年度においては、Belle II実験における電子陽電子衝突実験が始まり、その初期データを使って、粒子識別性能や光子エネルギー分解能などの実験の基礎性能評価を進め、B中間子やτレプトンの生成を再確認した。また、本研究参画研究者が中心となって製作したTOP検出器とA-RICH検出器の運転を開始し性能検証を進めるとともに、今後の本格データ収集に向け、データの高速転送やグリッド計算によるデータ処理の情報を可視化するシステム構築も進めた。さらに、将来の実験高度化に向けた開発研究として、TOP用光検出器MCP-PMTの性能改善や、A-RICH用の新光センサーとしてシリコン光電子増倍管を用いたシステムの検討を始めた。
一方、J-PARCにおけるミューオンg-2の精密測定の要となる低エミッタンスミューオンビーム生成に向けて、RF空洞を用いたミューオンビームのバンチングおよび加速の実証試験を行った。MCPを用いた高時間分解能ミューオン測定器を開発し、加速ビームが予想通りのバンチ構造を持つことを確かめた。また、ミューオン源に関するシミュレーションを構築し、生成標的の最適化を可能にした。Belle IIにおける電子-陽電子衝突断面積の精密測定に向けて、始状態輻射過程によるρ中間子生成断面積の確認を行った。
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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
本研究では、SuperKEKB加速器やJ-PARC加速器施設における共同実験の中で、本研究参画研究者が、独自性の高い物理研究や開発研究を進め、標準理論を超える新物理発見を主導することを目指している。
これまで建設を進めてきたSuperKEKB/Belle II実験がいよいよ本格始動して、電子-陽電子ビームの初衝突観測に成功したことは、国際共同実験にとって大きなマイルストーンの達成であったが、その中で、本研究参画研究者が主導して長年にわたり開発と製作を進めてきたTOP検出器とA-RICH検出器の動作が実データで確認できた。両検出器は、従来にはない新型粒子識別装置であり、その性能が確かめられたことは大きな成果と言ってよい。
また、J-PARC加速器におけるミューオン異常磁気能率測定の要となるミューオンRF加速器の開発においても、Belle II実験で培ったMCP（マイクロチャンネルプレート）を使った高時間分解能計測技術を駆使して、加速後のミューオンのバンチ構造を確認することに成功し、当初の計画通りに、実験プロジェクトの協奏による成果を得ることができた。
これらの成果は、投稿論文だけでなく、多くの学会講演による発表、研究に従事した大学院生の受賞にもつながっている。
2018年11月には、本研究と関連した新物理探索に関する国際研究会「Hints for New Physics with Heavy Flavors」（2018年11月15-17日、名古屋大学）を開催し、本研究の成果発表を行うとともに、国内外の第一線の研究者と集中的に議論を行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
Belle II実験においては、2019年度中に約200/fbの衝突データを収集する予定である。これを用いて、粒子識別性能や運動量・エネルギー分解能、ハドロン再構成効率、トリガー効率の評価をさらに進める。ビームの高輝度化に伴って、ビームバックグラウンドが解析に与える影響を評価し、最小限の影響で解析を行える条件を模索していく。B → D(*) τ ν崩壊やτ→ μμμ崩壊における新物理発見にはまだ統計が足りないものの、既存のBelle実験やBaBar実験との実験性能の厳密な比較や、これらの崩壊分岐比を規格化するのに必要なB→D(*)lν崩壊の分岐比の測定は遅滞なく進める。
Belle II実験の本格的な進行に伴い、TOP検出器とA-RICH検出器の粒子識別性能の最適化に取り組むとともに、今後の更なる高輝度化に向けた新型光検出器の開発目標を定め、開発研究を具体化してゆく。TOP用MCP-PMTについては、よりバックグランド耐性の強いタイプの検出器を、高バックグランド領域に導入する。また、今後長期間にわたってデータを取得し、解析を高効率で遂行するために、計算機環境の増強を図るとともに、問題が起きたグリッドサイトの除外や、サイト管理者への通知の自動化を実現するシステムの開発など、国際共同研究の中でのハブ機能を強化してゆく。
ミューオンg-2/EDM実験のビーム開発は、前年度決定したミューオン源の設計に基づき、熱エネルギーのミューオン生成を実証する。次に、これをすでに動作試験済みのRF加速空洞を用いて加速するという段階を踏んで目的となる低エミッタンスミューオンビームの開発を推進する。
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[Journal Article] Development of Slow Control System for the Belle II ARICH Counter2018
Author(s)
Yonenaga M.、Adachi I.、Dolenec R.、Hataya K.、Kakuno H.、Kawai H.、Kindo H.、Konno T.、Korpar S.、Krizan P.、Kumita T.、Machida M.、Mrvar M.、Nishida S.、Noguchi K.、Ogawa K.、Ogawa S.、Pestotnik R.、Santelj L.、Sumiyoshi T.、Tabata M.、Yoshizawa M.、Yusa Y.
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Journal Title
Proceedings of International Conference on Technology and Instrumentation in Particle Physics 2017
Volume: 1
Pages: 46～49
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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