Development of an ultra low mass graphite straw for the muon-to-electron conversion search experiment

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H01914
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: Kei Watanabe 信州大学, 繊維学部, 特任准教授 (30737763)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 橋本 義徳 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 主任技師 (10391749) ; 西口 創 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 (10534810)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: グラファイト / ナノファイバー / 素粒子実験 / ミューオン / ストローチャンバー / エレクトロスピニング / ポリイミド / 不織布

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed ultra-low-mass graphite straws for use in muon-to-electron conversion experiments. Specifically, we employed the electrospinning（ES） method to fabricate nanofiber (NF) straws using polyamic acid (PAA), a precursor of polyimide (PI). These PAA NF straws were then thermally treated to produce PI NF straws. Furthermore, by impregnating the PI NF straws with a PAA solution and subjecting them to thermal treatment, we obtained PI straws with PI NF as the framework. Finally, by thermally treating these PI NF composite PI straws at 2800°C in an argon atmosphere, we successfully produced graphite straws.

Free Research Field

繊維工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

当該研究グループは、ES法によるNF製造技術とポリアミック酸を原料に用いて熱処理によるグラファイト化技術とを組み合わせることで新たなグラファイト複合構造体の超低物質量グラファイトストローを創成した。本研究成果である超低物質量グラファイトストローを素粒子実験の検出器に応用することで、新物理で予言される稀崩壊の探索における分岐比感度を上げることが可能となるが、これは大型ハドロン衝突型加速器(LHC)実験などのエネルギーフロンティア実験での衝突エネルギーを上げることと同義である。そのため世界初のミューオン電子転換事象発見の可能性を飛躍的に高められる可能性がある。