2021 Fiscal Year Annual Research Report
Clear measurements of meson mass modifications in nucleus by using high intensity proton beam
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20H05647
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
小沢 恭一郎 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 (20323496)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成木 恵 京都大学, 理学研究科, 准教授 (00415259)
青木 和也 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, 研究機関講師 (70525328)
菅野 光樹 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 特別研究員 (90826009)
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| Project Period (FY) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| Keywords | ハドロン質量の起源 / カイラル対称性 / 高密度QCD媒質 / 対称性の自発的破れ / 中間子の質量分布 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、昨年度に引き続き、電子・陽電子対スペクトロメータの製作と稼働中の新設一次陽子ビームラインを用いた予備的なデータの収集を実施した。
電子・陽電子対スペクトロメータの製作は、大きく3つのパートがある。増強するビーム量に対応した飛跡検出器の製作、電子同定用鉛ガラス検出器の建設、電子同定用ハドロンブラインド検出器の建設である。
新設する飛跡検出器としては、KEK・青木を中心にドイツGSI研究所との協力のもとに半導体検出器を製作した。この半導体検出器は、ドイツFAIR加速器・CBM実験のために開発が進められているもので、国際協力で導入した。本年度は、検出器システムを実験室で組み上げ、テストビームを用いて性能評価を行い、十分な性能を有することを示した。
電子同定用鉛ガラス検出器の建設は、京都大学・成木を中心に実施する。鉛ガラス検出器はモジュール化されており、本研究では新規に2モジュールを製作する。本年度は、昨年度に製作したフレームに鉛ガラス検出器を組み付け2モジュールを完成させ、現場に設置した。
電子同定用ハドロンブラインド検出器の製作は、理化学研究所を中心に製作した。ハドロンブラインド検出器はガスチェレンコフ型の検出器で、ガスを閉じ込めておくための筐体、チェレンコフ光を光電面で電子に変換し増幅するためのGas Electron Multiplie（GEM）部分、信号を読み出すPad状の電極で構成される。これもモジュール化されており、本研究では2モジュール分を製作する。本年度は、必要なGEMフォイルの製作、修理を実施し、光電面となるCsIの蒸着を行い、必要な部品の製作に成功した。
稼働中の一次陽子ビームラインにおいては、検出器を一部稼働させ、テスト的なデータ収集を実施した。トリガーレートやビームの時間構造に関する測定を実施した。
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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、研究目的を達成するために、一次陽子ビームの高品質化、高バックグランド状況に対応するための新たな飛跡検出器の導入、電子同定装置の増強を実施している。それぞれ十分な進展が見られ、研究としておおむね順調に進展していると言える。
一次陽子ビームの高品質化に関しては、これまでに収集したデータを用いてビーム光学系の改善を進めている。ビームが持つマイクロバンチの時間構造の問題が判明したが、光学系の運動量分散との関係が解明され、新たな光学系を設計した。新たな飛跡検出器としての半導体検出器も、フレームの製作、本体の製作・テスト、読み出し回路の製作、テストが終了した。2023年度に予定されているデータ収集に向けて、準備が整っている状態である。電子同定用検出器の増強に関しては、鉛ガラス検出器は、当初計画のスケジュールのとおりに既にインストールされた。ハドロンブラインド電子検出器も部品調達が終了し、建設を進め、2023年度のデータ収集前にインストール予定である。読み出し回路など、新型コロナウィルス感染症の影響で、部品の納入に遅れがみられるが、その遅れは2022年度前半に吸収し、2023年度のビームタイムには間に合う見込みである。ビームタイムに数か月の遅れがあることは、想定の範囲内であり、2023 年度の計画の中で後れを吸収し、2024年度には当初予定の成果を出す予定である。
以上の点から、おおむね順調に進展しているものと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
検出器の建設は、ほぼ予定通り進んでいるので、今後は物理データの収集を目指す。当初は、第3年度、第4年度にビームタイムを得る予定であったが、加速器のアップグレード作業の遅れと新たに導入した装置の初期不良により、数か月程度遅れている。第4年度に十分なビームタイムを得ることで、最終的なデータ取得の終了時期に変化はない。また、事前に取得したパイロットデータの解析を進めることで、本格データ収集後の解析アルゴリズムの開発時間、検出器更正のための時間を短縮し、第5年度に結果を出すという当初予定に遅れは出ない見込みである。
ビーム状況の調査の中で、トリガー事象が想定より大きいことが判明した。これは、当初計画で想定していたビームの損失に伴う検出器のバックグランドヒットに起因するものではなく、加速器からのビーム取り出しの時間構造に起因するものであることが、本研究課題での測定により判明した。ビームの取り出しの時間構造の偏りにより瞬間的なビーム量が増大し、相互作用が複数回起こっている事象をトリガーしている状況である。現在進行
中の加速器のシャットダウン期間中の電源交換と新規に導入予定の分岐点で運動量分散を消すビーム光学系により、このような時間構造は解消され、当初予定のトリガーレートが得られる予定である。また、この問題は、検出器のヒット数にも影響するが、パイロットデータの情報をベースにしたシミュレーションにより、検出器の性能悪化は生じないことが確認されている。対策後のビームの状況は、物理データ収集前のビーム調整時に確認する予定であるが、当初計画と同等のデータ収集が可能となる予定である。
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