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ソレノイド磁場と新型ガス検出器を組み合わせた高精度中性子寿命測定実験

Research Project

Project/Area Number 18H01231
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

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)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 槇田 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, 素粒子原子核研究所, 教授 (30199658)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2019: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2018: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
Keywords素粒子実験 / 中性子基礎物理 / 超伝導磁石 / 中性子 / ガス検出機
Outline of Annual Research Achievements

中性子は最も単純な原子核の一つであり、およそ900秒で陽子、電子、反ニュートリノに崩壊する。その寿命は素粒子標準理論およびビッグバン元素合成理論の精密検証において不可欠なパラメータのうちの一つであるが、測定手法により8.7±2.2秒と大きく乖離しており、当該分野において深刻な問題となっている。申請者は茨城県東海村の陽子加速器施設J-PARCの大強度中性子ビームを用いて、既存の手法とは異なる測定方法により中性子寿命を世界最高精度で決定する新しい実験を提案している。本実験では新型ガス検出器とソレノイド磁場を組み合わせることにより、従来最も支配的であった背景事象を大幅に低減することが可能となる。
本年度は、宇宙線背景事象を排除するための宇宙線カウンターの開発を行なった。宇宙線カウンターはプラスチックシンチレーターと光半導体検出器から構成される。まず、九州大学にて宇宙線カウンターの量産を行い、性能評価を行なった。その後、作製した宇宙線カウンターをJ-PARCに輸送し、ガス検出器の周囲に設置した。宇宙線事象を用いてデータ収集を行い、所期の性能を達成していることを確認した。また、光半導体検出器はプラスチックシンチレーターの両端に設置しているため、両端の信号の時間差より宇宙線の通過位置を算出できる。これを利用してガス検出器の検出効率を評価する手法を考案し、原理実証を行なった。
入射中性子がガス検出器中の動作ガスにより散乱され、検出器部材との吸収反応により発生するガンマ線背景事象を抑制する必要がある。そのため、ガンマ線発生確率が著しく低い6フッ化リチウムで検出器内部を覆うことを検討している。本年度は6フッ化リチウム壁の詳細設計および設置方法の検討を行なった。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(26 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 4 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Measurement of γ rays from 6LiF tile as an inner wall of a neutron-decay detector2021

    • Author(s)
      Koga J.、Ieki S.、Kimura A.、Kitaguchi M.、Kitahara R.、Mishima K.、Nagakura N.、Okudaira T.、Otono H.、Shimizu H.M.、Sumi N.、Takada S.、Tomita T.、Yamada T.、Yoshioka T.
    • Journal Title

      Journal of Instrumentation

      Volume: 16

    • DOI

      10.1088/1748-0221/16/02/p02001

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Precise Neutron Lifetime Measurement: An Integration Test with a Gaseous and a Solenoidal Magnet2021

    • Author(s)
      Yano Kodai、Makida Yasuhiro、Makise So、Mishima Kenji、Otono Hidetoshi、Sumi Naoyuki、Yoshioka Tamaki
    • Journal Title

      JPS Conf. Proc.

      Volume: 33 Pages: 011117-011117

    • DOI

      10.7566/jpscp.33.011117

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Precise Neutron Lifetime Measurement Using Pulsed Neutron Beams at J-PARC2021

    • Author(s)
      Sumi N.、Hirota K.、Ichikawa G.、Ino T.、Iwashita Y.、Kajiwara S.、Kato Y.、Kitaguchi M.、Mishima K.、Morikawa K.、Mogi T.、Oide H.、Okabe H.、Otono H.、Shima T.、Shimizu H. M.、Sugisawa Y.、Tanabe T.、Yamashita S.、Yano K.、Yoshioka T.
    • Journal Title

      JPS Conf. Proc.

      Volume: 33 Pages: 011056-011056

    • DOI

      10.7566/jpscp.33.011056

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fundamental physics using neutron at J-PARC and accelerator-driven neutron source2020

    • Author(s)
      Tamaki Yoshioka
    • Journal Title

      JAEA Conf

      Volume: 2020-001 Pages: 21-21

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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Precise Neutron Lifetime Measurement with a Solenoidal Coil2018

    • Author(s)
      Sumi Naoyuki、Otono Hidetoshi、Yoshioka Tamaki、Mishima Kenji、Makida Yasuhiro
    • Journal Title

      JPS Conf. Proc.

      Volume: - Pages: 011036-011036

    • DOI

      10.7566/jpscp.22.011036

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      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 次世代中性子技術を用いた高精度中性子寿命測定実験2021

    • Author(s)
      吉岡瑞樹
    • Organizer
      日本物理学会第 76 回年次大会
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      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ソレノイド磁石を用いた中性子寿命測定のための宇宙線カウンターの開発及び性能評価2021

    • Author(s)
      矢野浩大
    • Organizer
      日本物理学会第 76 回年次大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] J-PARC/BL05 における中性子寿命測定実験:飛跡形状の背景事象の分類に関する調査2021

    • Author(s)
      松崎俊
    • Organizer
      日本物理学会第 76 回年次大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 磁場を用いた中性子寿命実験における宇宙線カウンターの開発2020

    • Author(s)
      松崎俊
    • Organizer
      第 126 回日本物理学会九州支部例会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] J-PARC/BL05 における中性子寿命測定実験:MC を用いたバックグラウンドの系統誤差の検証2020

    • Author(s)
      矢野浩大
    • Organizer
      日本物理学会 2020 年秋季大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ソレノイド磁場を用いた中性子寿命測定のための宇宙線カウンターの開発2020

    • Author(s)
      矢野浩大
    • Organizer
      日本物理学会第75回年次大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Lifetime of Neutron Apparatus (LiNA) with time projection chamber and solenoid coil2019

    • Author(s)
      So Makise
    • Organizer
      INT Workshop INT-19-75W Fundamental Symmetries Research with Beta Decay
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Precise Neutron Lifetime Measurement : An integration test with a Gaseous Detector and a Solenoidal Magnet2019

    • Author(s)
      Kodai Yano
    • Organizer
      The 3rd J-PARC Symposium
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Precise neutron lifetime measurement using pulsed neutron beam at J-PARC2019

    • Author(s)
      Naoyuki Sumi
    • Organizer
      The 3rd J-PARC Symposium
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Fundamental physics using neutron at J-PARC and accelerator-driven compact neutron source2019

    • Author(s)
      Tamaki Yoshioka
    • Organizer
      2019 Symposium on Nuclear Data
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      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Integration test with a Gaseous Detector and a Solenoidal Magnet for the Precise Neutron Lifetime Measurement2019

    • Author(s)
      Kodai Yano
    • Organizer
      2019 Symposium on Nuclear Data
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 中性子の精密寿命測定のための宇宙線カウンターの開発2019

    • Author(s)
      矢野浩大
    • Organizer
      第125回日本物理学会支部例会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ガス検出器とソレノイド磁場を用いた中性子寿命の精密測定実験:検出器製作と性能評価2019

    • Author(s)
      角直幸
    • Organizer
      日本物理学会第74回年次大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ガス検出器とソレノイド磁石を用いた中性子寿命の精密測定実験:宇宙線検出器のシミュ レーションと製作、評価2019

    • Author(s)
      永野智也
    • Organizer
      日本物理学会第74回年次大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Precise Neutron Lifetime Measurement with a Gaseous Detector and a Solenoidal Magnet2018

    • Author(s)
      Naoyuki Sumi
    • Organizer
      Fifth Joint Meeting of the Nuclear Divisions of the APS and the JPS
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Upgrade of Neutron Lifetime Measurement at J-PARC2018

    • Author(s)
      Hideaki Uehara
    • Organizer
      Fifth Joint Meeting of the Nuclear Divisions of the APS and the JPS
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Precise neutron lifetime measurement with a gaseous detector and a solenoidal magnet2018

    • Author(s)
      Naoyuki Sumi
    • Organizer
      RCNP Workshop on Fundamental Physics using Neurons and Atoms
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ガス検出器とソレノイド磁場を用いた中性子寿命の精密測定実験:検出器製作と性能評価2018

    • Author(s)
      角直幸
    • Organizer
      第124回日本物理学会九州支部例会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ガス検出器とソレノイド磁石を用いた中性子寿命の精密測定実験:宇宙線検出器のシ ミュレーションと製作2018

    • Author(s)
      永野智也
    • Organizer
      第124回日本物理学会九州支部例会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] J-PARC/BL05 における中性子寿命測定実験: 高精度化に向けたアップグレード2018

    • Author(s)
      上原英晃
    • Organizer
      日本物理学会2018年秋季大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Book] 中性子寿命の謎の解明に向けて2021

    • Author(s)
      三島賢二、角直幸、北口雅暁、吉岡瑞樹、音野瑛俊
    • Total Pages
      10
    • Publisher
      高エネルギー物理学編集者会議
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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