| Project/Area Number |
18H05226
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Broad Section B
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
飯嶋 徹 名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 教授 (80270396)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
早坂 圭司 新潟大学, 自然科学系, 研究教授 (40377966)
角野 秀一 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (70376698)
三部 勉 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 (80536938)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥191,620,000 (Direct Cost: ¥147,400,000、Indirect Cost: ¥44,220,000)
Fiscal Year 2021: ¥24,700,000 (Direct Cost: ¥19,000,000、Indirect Cost: ¥5,700,000)
Fiscal Year 2020: ¥48,620,000 (Direct Cost: ¥37,400,000、Indirect Cost: ¥11,220,000)
Fiscal Year 2019: ¥36,790,000 (Direct Cost: ¥28,300,000、Indirect Cost: ¥8,490,000)
Fiscal Year 2018: ¥53,040,000 (Direct Cost: ¥40,800,000、Indirect Cost: ¥12,240,000)
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| Keywords | 素粒子実験 / レプトン / 加速器 / 粒子測定技術 / 素粒子物理学 / 対称性の破れ / フレーバー物理 / 異常磁気能率 / 粒子識別装置 / ビッグデータ / 粒子測定器 / 電子-陽電子 / 電子・陽電子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Belle II実験については、全種類の検出器を装備して本格的な衝突データ収集を開始し、10fb-1のデータを収集した。この間に、申請者たちの独自のアイデアによる開発と建設を担った粒子識別装置（TOPカウンターとエアロジェルRICH検出器）の運転、キャリブレーションを進め、衝突データを用いて粒子識別性能の評価を進めた。
B中間子のタウオニック崩壊の測定に向けては、B中間子対の一方を再構成してもう一方のB中間子の生成をタグする手法の検証、検出効率に対する加速器ビームバックグラウンドの影響をスタディし、今後のあらゆる測定で重要となるルミノシティ決定に関する論文を発表した。タウ崩壊においても、そのベンチマークとして、τ→３πν事象を利用してτ質量を評価し、τ崩壊に現れる荷電粒子の運動量再構成が予想通りにできていることを確認し、レプトンフレーバーを破る崩壊探索に向けては、ビームバックグラウンドの影響やγエネルギー分解能の評価等を進めた。ミューオンg-2に対する真空編極効果の寄与を決める電子-陽電子衝突断面積の精密測定についても、Belle II 初期データを用いてトリガー効率を確認した。
TOPカウンターとエアロジェルRICHの光センサーの改良を目指す研究として、MCP-PMTの製作工程を最適化し寿命改良を進めるとともに、将来の検出器のアップグレードに向けて、シリコン光検出器（SiPM）を用いて効率を大幅に改善し、より高い粒子識別性能を目指す開発研究を進めている。
J-PARC E34実験に向けては、Belle II実験用に開発したシリカエアロジェルを使った超低速ミューオン源の開発、MCPを使ったビームモニターの開発を進めた。高時間分解能65ps以下のモニターの開発に成功し、実際に初段加速器RFQで加速したミューオンのバンチ幅測定に成功した。
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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
SuperKEKB//Belle II実験の全体については、予定通りに実験が開始され、本研究で重点をおくTOPカウンターとエアロジェルRICH検出器の検証も進み、研究期間後半での大量物理データ取得に向けての準備が整っている。データ解析に向けてもグリッド計算機網によるデータ処理の経験を積み上げるとともに、参画大学の計算機環境の増強によって、申請者達が焦点を当てる崩壊のシミュレーションデータを生成して解析の最適化などが進んでいる。従って、加速器の衝突性能アップと運転時間確保ができれば、今後の研究で注目すべき物理成果が得られると考えている。さらに、将来の検出器性能改善に向けた新しい光センサー開発や、機械学習を用いた新しいデータ解析手法の開発なども活発に進んでいる。
J-PARC E34実験に向けた開発では、本研究では、Belle II実験で培ったシリカエアロジェルやMCPを使った装置開発に重点をあて、確実に成果を得ることができている。また、g-2への真空偏極効果をBelle IIの電子-陽電子衝突で決定する解析についても初期データ解析が進み、今後データを蓄積するとともに、系統誤差を抑えることによって比較的早期に最初の結果を得ることができると考えている。
当初に比べると、SuperKEKB加速器の運転計画に遅れがでているが、これは本研究としては外的要因でもある。いずれにせよ、今後は、可能な限りの運転時間確保を働きかけるとともに、加速器研究者との協力によって加速器性能の改善を図る。さらに、データ解析の工夫（機械学習を使う新しいアイデアの導入など）によって、インパクトのある結果獲得を目指す。また、既述のとおり、統計誤差よりも系統誤差が重要な解析テーマについては、加速器の進捗に強く依存することなく成果を得ることが可能である。
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| Strategy for Future Research Activity |
SuperKEKB/Belle II実験においては、可能な限りデータ蓄積を行い物理成果の獲得を進める。SuperKEKB/Belle IIプロジェクトとしては、現状の性能の外挿から、2021年度中に1.5ab-1、2022年までに3.5 ab-1程度のデータ蓄積が予定されているが、加速器研究者と協力して新しい衝突方式（crab waist衝突など）の導入により加速器ルミノシティを高めるとともに、新規コリメータの導入によるバックグランドの更なる低減化を図り、より高いルミノシティでのデータ取得達成を目指す。その一方で、本研究において検出器性能やデータ解析効率を極限まで高め、効率良いデータ収集と解析を行う。
一方、J-PARCミューオンg-2/EDM実験の技術開発では、引き続き超低速ミューオン源の開発、ミューオン加速器の開発を継続する。超低速ミューオン源の開発では、これまで準備を行ってきた室温シリカエアロゲルで生成した熱ミューオニウムのイオン化による超低速ミューオン源を実証するために、まず水素原子のイオン化試験を行ったのち、J-PARCに実験装置を持ち込みイオン化の試験を行う。これによりイオン化効率・生成収量、エミッタンスなどの評価を行い予想される計算結果と比較する。また、ミューオン加速器の開発では、現在準備中のRFQとIH-DTL試作機でミューオンを0.34MeVから1 MeVまで段階的に加速する試験を行う。さらに、これまでに開発したビームブンプ測定装置やMCPと高速時間測定電子回路を組み合わせた、超高時間分解能低エネルギー荷電粒子測定器を用いて加速ミューオンの縦方向・横方向それぞれの位相空間分布を測定し、計算値と比較することによりビーム性能の評価を行い、ミューオン源と合わせて低エミッタンスミューオンビームを生成する技術基盤を確立し、g-2/EDMの精密測定に備える。
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