2020 Fiscal Year Research-status Report
Quest for origin of matter dominant universe by precise measurement of neutron electric dipole moment
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20KK0069
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
川崎 真介 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 (20712235)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
今城 想平 大阪大学, 核物理研究センター, 特任研究員 (10796486)
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)
市川 豪 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, 研究員 (60749985)
樋口 嵩 大阪大学, 核物理研究センター, 特任助教(常勤) (90843772)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2025-03-31
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| Keywords | 超冷中性子 / 中性子基礎物理 / 対称性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中性子電気双極子モーメント探索は電磁場中に置かれた中性子のスピン歳差運動周期を精密に測定することで行われる。この測定には運動エネルギーが300 neV未満の超冷中性子が用いられる。探索感度向上のためには超冷中性子を大量に発生させること、磁場を均一にコントロールすることが必要である。
超冷中性子の生成は超流動ヘリウムを用いたスーパーサーマル法で行われるが、効率的な生成には超流動ヘリウム温度を1.2 K以下に保つ必要がある。2020年度はこのためのヘリウム3冷凍機の冷却試験、超流動ヘリウム中の温度伝達関数測定のための装置開発、TRIUMFに設置される核破砕中性子源及び中性子モデレータの性能評価法の確立を行った。COVID19の流行に伴い、海外での活動が難しかったため、ヘリウム3冷凍機の性能試験国内のKEKで行われ、設計通りの性能を発揮することが確認された。このヘリウム3冷凍機は2021年中にカナダTRIUMF研究所に移送される。TRIUMFでは超流動ヘリウムの温度伝達関数の測定が行われる。このための測定装置の設計を行った。これにより超流動ヘリウム中の温度不均一性を知ることで超冷中性子生成中の超流動ヘリウムの温度が全領域で1.2 以下であることを保証することが可能となる。TRIUMFに設置される核破砕中性子源及び中性子モデレータの性能評価のための装置を概念設計を進めた。中性子チョッパーを用いた飛行時間(TOF)測定によりモデレータによって減速された冷中性子のフラックス及び速度スペクトルの測定が可能となる。
一様磁場環境開発のため外部磁場補償コイルの設計を進めている。このコイルは内部に置かれる磁気シールドルーム表面の磁束を外部環境の1/10程度に抑える物である。2020年度は磁場補償コイルに必要な性能を明らかにし、内部に置かれるシールドルームに干渉しないような構造設計を行った。
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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
COVID19の流行もあり、海外出張ができず国内出張にも制限があった中であったが、オンライン会議やメールでのやり取りによって研究を進めた。
ヘリウム3冷凍機の性能試験においては既定の性能を発揮することが確認され、カナダTRIUMF研究所への移送準備が整った。超流動ヘリウム温度勾配測定のための装置設計や、冷中性子測定のためのチョッパー設計をオンライン会議を用いてカナダ側の共同研究者と進めることができた。
高精度に制御された磁場中で測定を行うため、中性子電気双極子モーメント探索実験は磁気シールドルームの内部で行われる。実験が行われるTRIUMF研究所メソンホールは地磁気の10倍程度の大きさのサイクロトロンの漏れ磁場がある環境にあり、磁気シールドルームのミューメタルが磁気飽和してしまう恐れがある。これを避けるために外部磁場補償コイルを設置する。現地研究者と共同して環境磁場の評価を行い、この補償コイルに必要な性能を検証を行い、実機制作のための構造設計を行った。
当初の予定通りの渡航計画は遂行できなかったが、現地研究者の協力の下、順調に計画を進展することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年夏にヘリウム3冷凍機はカナダTRIUMFに移送される。このインストール作業に際して現地に赴けるかはまだ定かではないが、可能な限りこのインローる作業に参加する。現地に赴く際は回数を減らし長期に滞在することで、渡航に際しての隔離期間が研究に与える影響を最小限となるように努める。
超流動ヘリウム温度勾配試験、冷中性子フラックス測定試験等は現地に赴けない場合は共同研究者に実験セットアップ、データ取得の協力を得て遅滞なくデータの取得を行えるように努める。実験セットアップは事前に国内で動作確認を行い、測定ソフトウエアなどを準備することで、現地滞在をすることなくデータ取得を行うことを可能とする。取得したデータ解析は国内で行い、結果をオンライン会議等で現地研究者と協議することで研究を進める。
磁場一様性の開発は可能な限り速やかに現地に赴くことで開発を進める。渡航が叶わない場合、現地研究者と共同してこの開発を進める。磁場計測等の現地で行う作業は行うことができないが、データ解析や装置設計などリモートで出来る作業を進めることで研究を進める。
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| Causes of Carryover |
出張が行えなかったために旅費の繰り越しを行った。また、カナダTRIUMF研究所で使用予定であった研究機器については海外出張のめどが立たず、当該年度での購入時期を延期した。渡航に目途が立ち次第、これらの機器については購入を進める計画である。
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