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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Measurement of the neutron lifetime using pulsed neutron beams at J-PARC : Resolving the neutron lifetime puzzle

Research Project

Project/Area Number 19H00690
Research InstitutionHigh Energy Accelerator Research Organization

Principal Investigator

三島 賢二  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 (20392136)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 関場 大一郎  筑波大学, 数理物質系, 講師 (20396807)
吉岡 瑞樹  九州大学, 先端素粒子物理研究センター, 准教授 (20401317)
山下 了  東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 特任教授 (60272465)
角野 浩史  東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (90332593)
北口 雅暁  名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 准教授 (90397571)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords中性子寿命 / 中性子崩壊 / ビッグバン元素合成 / CKM行列
Outline of Annual Research Achievements

中性子の寿命はビッグバン元素合成を知る上での重要なパラメーターである。中性子寿命の測定法には、中性子数と単位時間当たりの崩壊数を数えるビーム法と超冷中性子を蓄積してその崩壊時間を測定する蓄積法の2種類が存在するが、それぞれの値が9.5秒(4.6σ)ずれておりその原因の特定は喫緊の問題となっている。本実験はこの問題を解決すべく既存の実験とは異なる手法によって中性子寿命の精密測定を測定を行うものである。2022年度までの進捗を以下にまとめる。 1) データ解析 : 中性子寿命の物理測定は2014年から開始した。解析コードやシミュレーションの高度化を行い、この実験の最初の物理結果を論文に出版した( K. Hirota et al., Prog. Theor. Exp. Phys. (2020) 123C02)。得られた中性子寿命の値は 898 ± 10(統計誤差)+15/-18(系統誤差)秒であり、ビーム法、蓄積法の双方と無矛盾な値であった。 2) スピンフリップチョッパー(SFC)の大型化 : 本実験では長さ1 mのガス検出器に40 cm長に整形した中性子バンチを導入し、中性子バンチが完全にTPC内に存在する時のみ計数をする。統計誤差の向上、また系統誤差研究のためにはより高強度の中性子が必要であるが、中性子強度は中性子輸送に用いているSFCの大きさにより制限されていた。そこで従来よりも大型のSFCを設計、作成しビームラインにインストールし、結果今までの3倍のビーム強度増強に成功した。 3) 物理データ取得 : 改良したSFCを用い、高い統計精度でデータを取得した。過去のデータと合わせて約2秒を切るデータを取得した。取得データは現在解析中であり、系統誤差評価が終了し次第論文として発表する予定である。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (9 results)

All 2023 2022

All Journal Article (1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] 中性子寿命の謎, 解明に向けて - J-PARCパルス中性子ビームを用いた新手法2022

    • Author(s)
      三島 賢二、市川 豪
    • Journal Title

      日本中性子科学会誌「波紋」

      Volume: 32 Pages: 114-119

  • [Presentation] J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験:γ線背景事象測定と系統誤差見積もりの改善2023

    • Author(s)
      市川 豪
    • Organizer
      日本物理学会 2023年春季大会
  • [Presentation] J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験:検出器シミュレーションにおける実験結果再現性の向上と検出効率における系統誤差の再評価2023

    • Author(s)
      細川 律也
    • Organizer
      日本物理学会 2023年春季大会
  • [Presentation] Status of neutron lifetime measurement with cold neutron beam at J-PARC2023

    • Author(s)
      細川 律也
    • Organizer
      The 14th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験:高統計物理ランの現状2022

    • Author(s)
      市川 豪
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
  • [Presentation] J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験:TPCを用いた中性子寿命測定における背景事象の調査2022

    • Author(s)
      細川 律也
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
  • [Presentation] J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験:2022年までの中性子寿命解析の現状2022

    • Author(s)
      茂木 駿紀
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
  • [Presentation] J-PARCにおけるパルス中性子源の波長-飛行時間相関の詳細な測定2022

    • Author(s)
      清水 春樹
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
  • [Presentation] 冷中性子ビームを用いた 中性子寿命測定のためのTPC開発2022

    • Author(s)
      細川 律也
    • Organizer
      マイクロパターンガス検出器 (MPGD) &アクティブ媒質TPC合同研究会

URL: 

Published: 2023-12-25  

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