| Project/Area Number |
22H00140
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University (2023-2024)
High Energy Accelerator Research Organization (2022) |
|---|
Principal Investigator |
三島 賢二 名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 特任准教授 (20392136)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩下 芳久 京都大学, 複合原子力科学研究所, 特任准教授 (00144387)
不破 康裕 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究職 (00817356)
猪野 隆 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, 講師 (10301722)
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)
北口 雅暁 名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 准教授 (90397571)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
|
| Budget Amount *help |
¥40,300,000 (Direct Cost: ¥31,000,000、Indirect Cost: ¥9,300,000)
Fiscal Year 2024: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
Fiscal Year 2022: ¥21,060,000 (Direct Cost: ¥16,200,000、Indirect Cost: ¥4,860,000)
|
|---|
| Keywords | 中性子寿命 / 中性子崩壊 / CKM行列 / ビッグバン元素合成 / ベータ崩壊 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
中性子は880.2+/-1.0秒で陽子、電子、反ニュートリノの3体にβ崩壊する。その寿命は素粒子、原子核、天文分野における重要な値であるが、現在報告されている中性子寿命はその測定手法により8.5秒(4.0σ)の大きな乖離があり、“中性子寿命問題”と呼ばれている。この乖離が単なる実験の間違いなのか、あるいは未知の現象によるものなのか、大きな議論を呼んでいる。本申請はJ-PARC大強度パルス中性子を用い、中性子崩壊からの電子を測定するという新しい手法により、この問題の解決を目指す。中性子崩壊からの電子の放出方向は中性子の偏極方向に偏りを持つため、中性子偏極を制御することで実験の高度化を行う。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
中性子は最も単純な原子核の一つであり、880.2 +/- 1.0秒で陽子、電子、反ニュートリーノの3体にベータ崩壊する。その寿命は素粒子、原子核、天文分野における重要なパラメーターである。だが、2024年4月現在報告されている中性子寿命はその測定手法により9.5秒(4.6σ) と大きく乖離しており、“中性子寿命問題 (Neutron Lifetime Puzzle)”として大きな未解決問題となっている。この測定手法による乖離が単なる実験の間違いなのか、あるいは新しい物理現象を示唆するものなのか、大きな議論を呼んでいる。本研究はJ-PARCの大強度パルス中性子ビームラインにおいて既存の手法とは異なる測定方法により測定し、この問題の解決を目指すものである。本申請では新たに中性子偏極を用いた解析を導入することで、中性子寿命を精度2秒で決定することを目指す。
本実験では長さ1メートルのガス検出器にスピンフリップチョッパー(SFC)という装置を用い、40cm長に整形した中性子バンチを導入し、中性子バンチが完全にTPC内に存在する時のみ計数をする。2023年度に改良したSFCによりビーム量は2.8倍の増加に成功した。そこ結果を論文に出版した[K. Mishima et al, Prog. Theor. Exp. Phys. 2024, 093G01 (2024)]。アップグレード後の物理測定を解析することで、中性子寿命の値を877.2±1.7(stat.) +4.0/-3.7(sys.) 秒と導出した。これは貯蔵法と近い値であった。論文は現在投稿中である[Y. Fuwa et al, arXiv:2412.19519 (2024)]。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
統計精度2秒、系統誤差4秒での中性子寿命の値の導出を行うことができた。しかし、まだ実験、特に背景事象について理解できていない部分があり、その解決を目指している。
J-PARCのトラブルなどもあり、当初目標であった電磁石を用いた測定がまだお壊れていない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
背景事象の理解や、データの系統的な振る舞いを理解すべく、追加の実験を行っている。その結果を解析し、さらに良い精度での中性子寿命の導出を目指す。
|
