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2013 Fiscal Year Annual Research Report

革新的な実験手法を用いたミューオン・電子転換過程の探索

Research Project

Project/Area Number 24224006
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

青木 正治  大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (80290849)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 金正 倫計  独立行政法人日本原子力研究開発機構, その他部局等, 研究員 (10354747)
牧村 俊助  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, その他 (10391715)
三宅 康博  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, 教授 (80209882)
三原 智  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, 教授 (80292837)
Project Period (FY) 2012-05-31 – 2017-03-31
Keywords素粒子実験 / 荷電レプトンフレーバ非保存 / ミューオン
Outline of Annual Research Achievements

SiC回転標的が陽子ビームライン下流部に与える影響を考慮して、まずはグラファイト回転標的で物理測定を開始する方針とした。この方針を受けて、J-PARCミュオンS型課題審査委員会からStage-2(ビームタイムを割り当てる)の承認を受けた。
スペクトロメータ開発では、高バースト耐性MWPCの技術を完成させた。本MWPCは、アノードワイヤーとポテンシャルワイヤーをワイヤー間隔0.7 mmで交互に配置する特殊な構造のMWPCである。ポテンシャルワイヤーにパルス高電圧を印加することにより、バースト粒子入射時だけ一時的にガスゲインを4桁低下させることに成功した。 さらに、パルス高電圧による大電流とイオン移動に伴う1/tテールに適応した特別なプリアンプや、コストパフォーマンスの高いFADCを開発製造した。これによって、大強度パルスビームを用いた実験に必須である高度な飛跡検出器の開発に成功した。本実験に必要な4台のうち、2台分を製造した。
スペクトロメータ電磁石として、TRIUMFが所有するPACMAN電磁石を無償で借受けることに成功した。当該電磁石をTRIUMFからJ-PARC MLF 実験ホールに輸送し、本邦の耐震基準に適合した架台へ設置した。また、J-PARC MLF 実験ホールでの使用環境に合わせるため、冷却水系統を改造し、専用の磁石電源を調達した。
J-PARC RCSからのパルス陽子ビームの品質に関して、パルス純度が悪化するメカニズムを理解するために、放射線検出器用の計算機ツールであるGeant4をベースにしたG4BeamlineでRCS加速器リング全周をモデル化した。これは、加速器シミュレーションにGeant4を使用する独創的な試みである。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

物理測定をグラファイト標的で開始するという方針を採用することによって、J-PARCミュオン課題審査委員会からStage-2(ビームタイムを割り当てる)承認を得られたことは大きな進展である。また、残念ながらビームラインはまだ完成していないが、Stage-2承認を受けた実験計画が存在することによってビームライン整備の着実な推進が図られると期待される点も、研究目的を達成するためには重要なことである。
スペクトロメータ用電磁石をTRIUMFから借用し、すでに実験ホールへの輸送を完了し、必要な改造作業も行った。
なによりも、スペクトロメータ用の高バースト耐性MWPCの開発に成功したことの意義は大きい。アノードワイヤーとポテンシャルワイヤーを狭間隔で交互に配置することによって、MWPCガスゲインをポテンシャルワイヤーへの高電圧でダイナミックにコントロールできることを実証したのである。このMWPC技術は極めて独創的である。さらに、バースト大電流でも安定に動作し、また大量に発生するイオンの移動に伴う1/tテール信号をキャンセルできる特別なプリアンプの開発にも成功した。コストパフォーマンスの高い100MHz FADCの開発にも成功し、MWPC読出し回路全チャンネル分の製造も完了している。
平成25年6月のJ-PARCハドロンホール事故に伴い、MWPC開発に必須であるビーム試験実施が困難となったが、積極的に代替施設を探した結果京都大学原子炉実験所の電子ライナックがむしろ本MWPC開発に最適であることを見出したのも大きな実績である。これによって、MWPC開発を強力に推し進めることが可能となった。

Strategy for Future Research Activity

スペクトロメータに使用する高バースト耐性MWPC4台のうち、3-4台目の製造を行う。スペクトロメータ電磁石の通電、励磁試験、磁場測定を行う。MWPCを電磁石に取り付けて、スペクトロメータシステムとして完成させる。
データ収集システムを構築し、物理データ収集の条件で統合試験を行う。本データ収集システムは、J-PARC RCS 取り出し部に設置するパルス純度モニターからのデータも物理データと共に記録できるような、分散統合データ収集システムとする。
大立体角ビームラインの設計を推し進め、施設側によるタイムリーな建設に協力する。
ビームラインが稼働したらまず、ミッシェル崩壊やπ崩壊を用いてスペクトロメータシステムの運動量校正を行う。さらに、ミューオンが原子軌道上で崩壊することによって発生するバックグランドスペクトルの測定実験を行う。測定器システムに問題がないことを確認し次第、ミューオン電子転換過程を探索する条件で長期データ収集を行い、物理データ解析を行う。

  • Research Products

    (17 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (15 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] DeeMe experiment -- An experimental search for a μ-e conversion reaction at J-PARC MLF2014

    • Author(s)
      H. Natori and DeeMe Collaboration
    • Journal Title

      Nucl. Phys. B Proceedings Supplements

      Volume: 248-250 Pages: 52-57

    • DOI

      10.1016/j.nuclphysbps.2014.02.010

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Improvement of the trigger performance of a 10-bits 100-MHz FADC board by introducing the data compression in FPGA2014

    • Author(s)
      Nguyen Minh Truong、Masaharu Aoki、Masatoshi Saito、Youichi Igarashi、Hiroaki Natori、Nguyen Duy Thong
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学
    • Year and Date
      2014-03-27 – 2014-03-30
  • [Presentation] ミュオン電子転換過程探索実験 DeeMe:準備状況2014

    • Author(s)
      青木正治、他DeeMe Collaboration
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学
    • Year and Date
      2014-03-27 – 2014-03-30
  • [Presentation] μ-e転換探索実験DeeMeのためのMWPCの開発2014

    • Author(s)
      名取寛顕、青木正治、伊藤慎太郎、河村成肇、三原智、三宅康博、Nguen Duy Thong、Nguen Minh Truong、中津川洋平、西口創、清矢良浩、清水宏祐、下村浩一郎、Strasser Patrick、山本和弘、他DeeMeコラボレーション
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学
    • Year and Date
      2014-03-27 – 2014-03-30
  • [Presentation] μ-e転換探索実験DeeMeにおけるバックグラウンドの評価2014

    • Author(s)
      中津川洋平、青木正治、河村成肇、三宅康博、下村浩一郎、牧村俊助、Strasser Patrick、名取寛顕、Nguen Duy Thong、Minh Truong、清矢良浩、山本和弘、清水宏祐、三原智、Doug Bryman、沼尾登志男
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学
    • Year and Date
      2014-03-27 – 2014-03-30
  • [Presentation] μ-e転換探索実験DeeMeのグラファイト標的及びSiC標的に対する単一事象感度の比較2014

    • Author(s)
      清水宏祐、青木正治、清矢良浩、山本和弘、河村成肇、三原智、三宅康博、牧村俊助、Nguen Duy Thong、Nguen Minh Truong、伊藤慎太郎、中津川洋平、名取寛顕、西口創、下村浩一郎、Strasser Patrick、他DeeMeコラボレーション
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学
    • Year and Date
      2014-03-27 – 2014-03-30
  • [Presentation] Update of the DeeMe spectrometer design and its performance2014

    • Author(s)
      Nguyen Duy Thong、Masaharu Aoki、Nguyen Minh Truong、Satoshi Mihara、Hajime Nishiguchi、Hiroaki Natori、Yohei Nakatsugawa、Naritoshi Kawamura、Yoshihiro Seiya、Kazuhiro Yamamoto、Kousuke Shimizu、Toshio Numao、Doug Bryman and DeeMe Collaboration
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学
    • Year and Date
      2014-03-27 – 2014-03-30
  • [Presentation] Hライン 建設と開発の進捗42014

    • Author(s)
      河村成肇、豊田晃久、三部勉、三原智、下村浩一郎、青木正治、齊藤直人、三宅康博
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学
    • Year and Date
      2014-03-27 – 2014-03-30
  • [Presentation] DeeMe実験におけるJ-PARC MLF Hラインの性能評価2013

    • Author(s)
      中津川洋平、青木正治、河村成肇、三宅康博、下村浩一郎、Strasser Patrick、名取寛顕、Nguen Duy Thong、Minh Truong、清矢良浩、山本和弘、清水宏祐
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学
    • Year and Date
      2013-09-25 – 2013-09-28
  • [Presentation] DeeMe実験のためのJ-PARC RCSパルス陽子ビームのアフタープロトン測定2013

    • Author(s)
      青木正治、清水宏祐、清矢良浩、山本和弘、山本風海、Saha Pranab、金正倫計、中津川洋平、三原智
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学
    • Year and Date
      2013-09-25 – 2013-09-28
  • [Presentation] Hライン 建設と開発の進捗32013

    • Author(s)
      河村成肇、豊田晃久、三部勉、三原智、下村浩一郎、青木正治、齊藤直人、三宅康博
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学
    • Year and Date
      2013-09-25 – 2013-09-28
  • [Presentation] Monte Carlo simulation study on electron spectrometer for the DeeMe project, a μ-e conversion search experiment at J-PARC MLF2013

    • Author(s)
      Nguyen Duy Thong、Masaharu Aoki、Nguyen Minh Truong、Satoshi MiharaA、Hajime Nishiguch、Hiroaki Natori、Yohei Nakatsugawa、Narihira Kawamura、Yoshihiro Seiya、Kazuhiro Yamamoto、Kousuke Shimizu
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      高知大学
    • Year and Date
      2013-09-20 – 2013-09-23
  • [Presentation] Development of a Micro-cell MWPC for DeeMe experiment and examination of its tolerance to a high beam intensity2013

    • Author(s)
      名取寛顕、青木正治、平尾映二、伊藤慎太郎、近野和夫、松本悟、三原智、Nguyen Duy Thong、Nguyen Minh Truong、西口創、大石航、大熊弘男、清矢良浩、清水宏祐、山本和弘、他DeeMeコラボレーション
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      高知大学
    • Year and Date
      2013-09-20 – 2013-09-23
  • [Presentation] Performance of 10-bits 100-MHz low-cost FADC system2013

    • Author(s)
      Nguyen Minh Truong、Masaharu Aoki、Masatoshi Saito、Youichi Igarashi、Hiroaki Natori、Nguyen Duy Thong
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      高知大学
    • Year and Date
      2013-09-20 – 2013-09-23
  • [Presentation] Experimental Search for μ-e Conversion in Nuclear Field at J-PARC MLF H-Line2013

    • Author(s)
      Y. Nakatsugawa and DeeMe Collaboration
    • Organizer
      International Workshop on Neutrino Factories, Super Beams and Beta Beams (NUFACT2013)
    • Place of Presentation
      IHEP, Beijing
    • Year and Date
      2013-08-19 – 2013-08-24
    • Invited
  • [Presentation] DeeMe experiment -- An experimental search for a μ-e conversion reaction at J-PARC MLF2013

    • Author(s)
      H. Natori and DeeMe Collaboration
    • Organizer
      1st Conference on Charged Lepton Flavor Violation
    • Place of Presentation
      Lecce, Italy
    • Year and Date
      2013-05-06 – 2013-05-08
    • Invited
  • [Remarks] DeeMe

    • URL

      http://deeme.hep.sci.osaka-u.ac.jp/

URL: 

Published: 2016-06-01  

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